Установки измерения и контроля температуры с помощью терморезисторов
Использование терморезисторов для измерения температур основано на свойстве полупроводниковых и проводниковых материалов изменять сопротивление в зависимости от температуры.
Для проводниковых материалов эта зависимость может быть определена так:
где Rо - сопротивление при 0 °С, Ом.
t - температура, °С;
α - температурный коэффициент сопротивления (ТКС), °С-1.
C помощью этого коэффициента определяется чувствительность терморезистора к изменению температуры.
Рассмотрим измерительный преобразователь ПС-052М, который получил широкое распространение на судах отечественной постройки (в ИИС «Шипка») для измерения температуры. Он предназначен для преобразования сигналов термометров сопротивления в унифицированный сигнал постоянного напряжения.
Чувствительный элемент термометров сопротивления представляет собой спираль из платиновой проволоки, помещенную в каналы керамического каркаса, которые засыпаны термостойким порошком. Термометр сопротивления ТСП 371 имеет два электрически не связанных один с другим чувствительных элемента, расположенных в одном керамическом каркасе. На рис. 1 показан термометр сопротивления ТСП в разрезе.
На рис. 2 показана принципиальная электрическая схема функционального устройства измерительного преобразователя ПС-052М.
В схеме можно выделить основные узлы: измерительный мост, источник стабилизированного питания в цепь подстроечных резисторов.
Мостовая схема питается напряжением постоянного тока двухкаскадного стабилизатора. Стабилизатор напряжения питается от вторичной обмотки трансформатора ТУ через схему выпрямления, собранную на диодах УО1, МО2 и имеющую сглаживающий фильтр С1.
Для различных пределов измерения температуры принципиальная схема функционального устройства одинакова, а изменяются только номиналы резисторов КЗ—К12.
Для проверки исправности преобразователя существует устройство «Контроль».
Аналоговый сигнал в виде тока постоянного напряжения 0—50 мВ поступает по вызову оператора или устройства обегающего контроля автоматически к пульту управления информационно-измерительной системы «Шипка», где с помощью аналого-цифрового преобразователя превращается в числовой код. Таким образом, оператор из ЦПУ может проконтролировать температуру любой точки, где установлен датчик вместе с групповым вторичным преобразователем ПС-052М. Количество первичных датчиков (терморезисторов) на один вторичный преобразователь ПС-052М может быть до десяти.
Для другого способа измерения температур с помощью терморезисторов применяется электротермометрическая установка тип УЭ-06.
Основными элементами установки УЭ-06, показанной на рис. 3, являются логометр типа ЛМП-06 и термометры сопротивления типа ТСМ или ТСП. Схема представляет собой измерительный мост с логометром.
При изменении измеряемой температуры изменяется сопротивление терморезистора, вследствие чего нарушается равновесие схемы моста.
Установки измерения температуры с помощью термопар
Для измерения высоких температур выпускных газов по цилиндрам главных двигателей и перегретого пара для котлов применяются термоэлектрические установки, в которых датчиком служит термопара, а в качестве измерителя используется магнитоэлектрический гальванометр.
Использование термопар основано на том, что изменение температуры одного из разнородных металлов, составляющих термопару, вызывает появление в цепи термоэлектродвижущей силы.
Эта э. д. с. является функцией разности температур места спая и свободных концов. Чем больше разность температур, тем больше термо э. д. с..
На судах применяются термоэлектрические установки трех типов: с нормальными (медными) соединительными проводами и корректором, с компенсационными соединительными проводами, с переключателем.
Установка с нормальными соединительными проводами применяется в том случае, когда свободные концы термопары и измерительный прибор находятся в зоне одинаковых температур или когда растояние между ними невелико.
Установка с компенсационными проводами применяется в тех случаях, когда свободные концы термопары и измерительный прибор находятся в зонах с неодинаковыми температурами.
На рис. 4 показана принципиальная схема автоматического потенциометра со следящей системой уравновешивания для измерения температуры, преобразованной термопарой в э. д. с.
На многих судах получила распространение система «Аутроника» фирмы «Трондхейм» (Норвегия) для измерения и контроля температуры выпускных газов главного двигателя.
С помощью системы «Аутроника» обеспечивается:
а)постоянное измерение средней температуры выпускных газов всех цилиндров на общем выходе газов;
б)выборочное поочередное измерение температуры отдельных цилиндров по выбору оператора с помощью кнопок-клавиш;
в)постоянный автоматический контроль за температурой выпускных газов отдельных цилиндров и выдача сигнала для местной и внешней сигнализации в случае превышения температуры газов установленного верхнего предела или в случае разброса температур по цилиндрам сверх установленного значения.
Контактные и манометрические термометры
Контактные термометры выполняют обычно из специального стекла. В стенку рабочего объема впаивается вывод, чаще из платины. Рабочий объем заполняется ртутью. Второй вывод, размещаемый в верхней части капилляра, выполнен подвижным. При изменении температуры происходит размыкание или замыкание цепи через ртуть.
Широко применяются также манометрические термометры, в которых используется зависимость давления газа от температуры вещества, помещенного в замкнутом пространстве.
Использование терморезисторов для измерения температур основано на свойстве полупроводниковых и проводниковых материалов изменять сопротивление в зависимости от температуры.
Для проводниковых материалов эта зависимость может быть определена так:
Rт = Rо(1 + αt),
где Rо - сопротивление при 0 °С, Ом.
t - температура, °С;
α - температурный коэффициент сопротивления (ТКС), °С-1.
C помощью этого коэффициента определяется чувствительность терморезистора к изменению температуры.
Рассмотрим измерительный преобразователь ПС-052М, который получил широкое распространение на судах отечественной постройки (в ИИС «Шипка») для измерения температуры. Он предназначен для преобразования сигналов термометров сопротивления в унифицированный сигнал постоянного напряжения.
Чувствительный элемент термометров сопротивления представляет собой спираль из платиновой проволоки, помещенную в каналы керамического каркаса, которые засыпаны термостойким порошком. Термометр сопротивления ТСП 371 имеет два электрически не связанных один с другим чувствительных элемента, расположенных в одном керамическом каркасе. На рис. 1 показан термометр сопротивления ТСП в разрезе.
Рис. 1. Термометр сопротивления ТСП
На рис. 2 показана принципиальная электрическая схема функционального устройства измерительного преобразователя ПС-052М.
Рис. 2. Принципиальная схема функционального устройства измерительного преобразователя ПС-052М
В схеме можно выделить основные узлы: измерительный мост, источник стабилизированного питания в цепь подстроечных резисторов.
Мостовая схема питается напряжением постоянного тока двухкаскадного стабилизатора. Стабилизатор напряжения питается от вторичной обмотки трансформатора ТУ через схему выпрямления, собранную на диодах УО1, МО2 и имеющую сглаживающий фильтр С1.
Для различных пределов измерения температуры принципиальная схема функционального устройства одинакова, а изменяются только номиналы резисторов КЗ—К12.
Для проверки исправности преобразователя существует устройство «Контроль».
Аналоговый сигнал в виде тока постоянного напряжения 0—50 мВ поступает по вызову оператора или устройства обегающего контроля автоматически к пульту управления информационно-измерительной системы «Шипка», где с помощью аналого-цифрового преобразователя превращается в числовой код. Таким образом, оператор из ЦПУ может проконтролировать температуру любой точки, где установлен датчик вместе с групповым вторичным преобразователем ПС-052М. Количество первичных датчиков (терморезисторов) на один вторичный преобразователь ПС-052М может быть до десяти.
Для другого способа измерения температур с помощью терморезисторов применяется электротермометрическая установка тип УЭ-06.
Основными элементами установки УЭ-06, показанной на рис. 3, являются логометр типа ЛМП-06 и термометры сопротивления типа ТСМ или ТСП. Схема представляет собой измерительный мост с логометром.
При изменении измеряемой температуры изменяется сопротивление терморезистора, вследствие чего нарушается равновесие схемы моста.
Рис. 3. Схема электротермометрической установки типа УЭ-06
Установки измерения температуры с помощью термопар
Для измерения высоких температур выпускных газов по цилиндрам главных двигателей и перегретого пара для котлов применяются термоэлектрические установки, в которых датчиком служит термопара, а в качестве измерителя используется магнитоэлектрический гальванометр.
Использование термопар основано на том, что изменение температуры одного из разнородных металлов, составляющих термопару, вызывает появление в цепи термоэлектродвижущей силы.
Эта э. д. с. является функцией разности температур места спая и свободных концов. Чем больше разность температур, тем больше термо э. д. с..
На судах применяются термоэлектрические установки трех типов: с нормальными (медными) соединительными проводами и корректором, с компенсационными соединительными проводами, с переключателем.
Установка с нормальными соединительными проводами применяется в том случае, когда свободные концы термопары и измерительный прибор находятся в зоне одинаковых температур или когда растояние между ними невелико.
Установка с компенсационными проводами применяется в тех случаях, когда свободные концы термопары и измерительный прибор находятся в зонах с неодинаковыми температурами.
Рис. 4. Принципиальная схема автоматического потенциометра
На рис. 4 показана принципиальная схема автоматического потенциометра со следящей системой уравновешивания для измерения температуры, преобразованной термопарой в э. д. с.
На многих судах получила распространение система «Аутроника» фирмы «Трондхейм» (Норвегия) для измерения и контроля температуры выпускных газов главного двигателя.
С помощью системы «Аутроника» обеспечивается:
а)постоянное измерение средней температуры выпускных газов всех цилиндров на общем выходе газов;
б)выборочное поочередное измерение температуры отдельных цилиндров по выбору оператора с помощью кнопок-клавиш;
в)постоянный автоматический контроль за температурой выпускных газов отдельных цилиндров и выдача сигнала для местной и внешней сигнализации в случае превышения температуры газов установленного верхнего предела или в случае разброса температур по цилиндрам сверх установленного значения.
Контактные и манометрические термометры
Контактные термометры выполняют обычно из специального стекла. В стенку рабочего объема впаивается вывод, чаще из платины. Рабочий объем заполняется ртутью. Второй вывод, размещаемый в верхней части капилляра, выполнен подвижным. При изменении температуры происходит размыкание или замыкание цепи через ртуть.
Широко применяются также манометрические термометры, в которых используется зависимость давления газа от температуры вещества, помещенного в замкнутом пространстве.
