CC BY
60
УДК 536.51
ОБЩИЙ АНАЛИЗ, КЛАССИФИКАЦИЯ И СФЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕРМОМЕТРОВ СОПРОТИВЛЕНИЯ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ
А.Д. Грачева, А.И. Лисютина, М.С. Никихина
В статье рассматриваются термометры сопротивления, а именно их конструктивные особенности, назначение, принцип и механизм действия. Приведены конструктивные схемы.
Ключевые слова: термометр сопротивления, полупроводники, конструкция, принцип действия.
Термометр является одним из наиболее эффективных и распространенных инструментов для совершения последовательных или периодических измерений. Он позволяет определить температуру сплава, сопротивления металла, полупроводникового элемента [1, 2, 3]. Это свойство является характерной особенностью термометров сопротивления высокой точности.
Виды термометров. Чаще всего на практике применяется две основных разновидности всех термометров сопротивления:
1. Полупроводниковые. Достоинства этих термометров состоят в возможности измерения с их помощью температур в быстротечных процессах. Кроме того, назначение термометров сопротивления полупроводникового типа состоит в измерении низких температур (до -270 градусов Цельсия).
2. Металлические. В качестве чувствительного элемента используется пленочный, проволочный резистор, втулка. Действие термометров сопротивления этого типа должно сопрягаться с устойчивостью механизма к негативным условиям среды. Поэтому чаще всего ЧЭ изготавливают из платины, меди или никеля.
Принципы и механизмы действия. Основным требованием, по которому осуществляется выбор термометра сопротивления, является точность измерений. Наилучшие характеристики присущи металлическим устройствам, которые можно выбрать из трех основных разновидностей.
Платина. Такой термодатчик допускается использовать при температуре от -260 до +1000 градусов Цельсия, но рекомендуемый диапазон -от -200 до +600. Повышенная надежность больших термометров сопротивления из платины (рис. 1) позволяет использовать их в масштабных производствах в промышленном секторе по всему миру.
Никель. Такие средние и миниатюрные термометры сопротивления в масштабных проектах применяются реже. Допустимый диапазон действия - от -60 до +350 (+180) градусов.
Медь. Из-за низкого сопротивления в качестве чувствительного элемента при изготовлении такого вставного или наружного термометра используется проволока большой длины. Из-за некоторых неудобств и ма-
лого диапазона действия (от -50 до +150 градусов) датчик не используется в масштабном производстве и применяется только на электростанциях и генераторах промышленного сектора.
платиновая спираль фарфоровая трубка пробки
керамический порошок выводы чувствительного элемента защитный чехол чувствительного элемента выводные провода изолированные защитными бус ами окись алюминия стальная втулка водозащитная головка уплотнение водозащитной головки крепежный штуцер
Рис. 1. Платиновый термометр сопротивления
Устройство датчиков. Большинство термометров сопротивления имеет стандартное описание и конструкцию. Основой устройства выступает свободная от натяжения спираль различной длины и размеров. Разницу составляет не только материал, из которого изготавливается втулка, но и покрытие (глазурь). Другие варианты:
1. Полая конструкция. Менее распространена из-за высокой стоимости изготовления. Подобрать термометр сопротивления этого типа можно для важных производств, в том числе государственных.
2. Пленочные элементы. Основа устройства - керамика, на которую наносится металлическая пленка. Преимуществом такого датчика является дешевизна, недостатком - недостаточная стабильность и чувствительность к изменениям условий среды.
3. Стержень из платины, покрытый стеклянным корпусом. Характеризуется низким диапазоном измерения температур, но хорошей устойчивостью к влаге.
Преимущества и недостатки устройств. Обслуживание термометров сопротивления в большинстве случаев отличается простотой и дешевизной. Другие преимущества устройств:
низкая погрешность обычных и многозонных термометров сопротивления (не более 1 градуса);
возможность использования 3-4-проводной системы замеров;
линейные характеристики.
В качестве альтернативы нередко применяются так называемые термопары. Заказ термометра сопротивления обойдется дороже, это и является основным недостатком устройств данного типа.
Конструкция и устройство. Термоэлектрические преобразователи представляют собой специальное измерительное устройство, состоящее из двух проводников, которые далее контактируют между собой в одной или нескольких точках. Если на данных участках производится ощутимое изменение температур, возникает напряжение. Приборы используются не только для контроля и фиксации температурного режима, но и для перевода температур в энергию.
Термоэлектрические преобразователи (термопары) купить возможно для собственных целей по доступным ценам. Такой прибор обладает широким диапазоном измерений, а также автономным питанием. Погрешность у коммерческих термопар обычно составляет не более градуса, что является некритичным показателем. При этом параметры и точность измерений напрямую зависят от материалов изготовления. Поведение используемых в производстве сплавов во время изменений температурного режима легко предугадать, поэтому несложно спрогнозировать и получаемый результат преобразования энергий и точности измерений. Однако при выборе необходимо обратить внимание на устойчивость элементов конструкции к коррозии. Лучшие терпоэлектрические преобразователи (термопары) ГОСТ могут служить долгие годы практически беспрерывной работы без изменений точности замеров. Термопары применяются: в промышленности;
для научных целей (в том числе при постановке экспериментов); для печей и газовых колонок; двигателей и турбин; спаев и др.
Приборы допустимы к установке в частных домах и офисах, различных производственных предприятиях любых масштабов.
Принцип действия. Основной принцип работы термоэлектрических преобразователей и термопар предполагает использование так называемого термического сопротивления (рис. 2).
1— электроды; 2 — рабочий спай; 3 — трубка; 4 — защитная арматура; 5 — керами ческий наконечник; б — заливка; 7 — головка;^ — сборка; 9 — зажимы; 10 — удлиняющие провода; 11— герметизированный ввод; 12 — элементы крепления термопреобразователя
Рис. 2. Конструкция термоэлектрического преобразователя общепромышленного назначения
369
Это означает, что обнаружить и зафиксировать колебания температурного режима возможно через замеры сопротивления элемента конструкции. Такие датчики изготавливаются из платины, никеля или меди. Однако наилучшие показатели и широкий диапазон измерений показывают платиновые приборы. Недостатком таких механизмов является повышенная стоимость. Элемент сопротивления помещается в специальную оболочку [4].
Заключение. Монтаж термометров сопротивления на производстве используется практически повсеместно, поскольку без датчиков этого типа невозможна эксплуатация большинства промышленных комплексов. Выбор устройства зависит от основного назначения и диапазона температур, который далее потребуется замерять.
Список литературы
1. Олейник Б.Н., Лаздина С.И., Лаздин В.П., Жагулло О.М. Приборы и методы температурных измерений: учебное пособие для сред. спец. учеб. заведений по спец. Электротеплотехнические измерения. М.: Изд-во стандартов, 1987. 296 с.
2. Линевег Ф. Измерение температур в технике: справочник; под ред. Чарихов Л.А.; пер. Киселева Т.И., Федорович В.А. М.: Металлургия, 1980. 543 с.
3. Геращенко О.А., Федоров В.Г. Тепловые и температурные измерения: справочное руководство. Киев: Наукова думка, 1965. 304 с.
4. Фандеев Е.И., Лущеев Г. А. Специальные термометры с термопреобразователями сопротивления. М. ЁЁ Медиа, 1987. 98 с.
Грачева Анна Дмитриевна, студент, gradientop. 99agmail. com, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Лисютина Анастасия Игоревна, студент, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Никихина Мария Сергеевна, студент, gradientop. 99@gmail. com, Россия, Тула, Тульский государственный университет
GENERAL ANALYSIS, CLASSIFICATION AND FIELDS OF APPLICATION OF INDUSTRIAL RESISTANCE THERMOMETERS
A.D. Gracheva, A.I. Lisyutina, M.S. Nikikhina
The article discusses resistance thermometers, namely their design features, purpose, principle and mechanism of action. Design schemes are given.
Key words: resistance thermometer, semiconductors, design, principle of operation.
Gracheva Anna Dmitrievna, student, gradientop. 99@gmail. com, Russia, Tula, Tula State University,
Lisyutina Anastasiya Igorevna, student, gradientop. 99@gmail. com, Russia, Tula, Tula State University,
Nikikhina Mariya Sergeevna, student, gradientop. 99@gmail. com, Russia, Tula, Tula State University
УДК 531.714.8
АНАЛИЗ КЛАССИФИКАЦИИ ТОЧНЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ И ИХ ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ НА ПРИМЕРЕ
ШТАНГЕНЦИРКУЛЯ
А. Д. Грачева, А.И. Лисютина, М.С. Никихина
Рассматривается классификация измерительных приборов, особое внимание уделяется штангенциркулям, их конструкции, способу применения, назначению и классификации.
Ключевые слова: измерительные приборы, штангенциркуль, замер, деления,
прибор.
Без измерительных приборов современная промышленность, наука, и любая другая деятельность невозможна, поэтому они так важны для общества. Классификация измерительных приборов приведена на рис. 1.
- измерительный прибор, показания которого или выходной сигнал являются непрерывной функцией изменений измеряемой величины, например, стрелочный вольтметр, стеклянный ртутный термометр
- измерительный прибор, показания которого представлены в цифровой форме
- измерительный прибор, допускающий только отсчитывание показаний значений измеряемой величины (микрометр, аналоговый или цифровой вольтметр)
- измерительный прибор, в котором предусмотрена регистрация показаний. Регистрация значений измеряемой величины может осуществляться в аналоговой или цифровой форме, в виде диаграммы, путем печатания на бумажной или магнитной ленте (термограф или, например, измерительный прибор, сопряженный с ЭВМ, дисплеем и устройством для печатания показаний)
Рис. 1. Классификация измерительных приборов
При измерениях геометрических размеров, помимо прочих приборов, используются штангенциркули.
