Физические основы измерительных преобразователей (стр. 1 из 2)

C евастопольский Национальный Университет ядерной энергии и промышленности

Контрольная работа по дисциплине

Контроль и управление химико-технологическими процессами

Тема:

Физические основы измерительных преобразователей

Выполнил:Студент заочного отделения

Факультета ЯХТ

Д-34А

Бурак А.В.

Севастополь

2006

План

1. Тепловые преобразователи

2. Основные виды тепловых преобразователей

2.1 Термоэлектрические преобразователи

2.2 Применение термоэлектрических преобразователей в термометрах

2.3 Терморезисторы

Литература

1. Тепловые преобразователи

Тепловыми называют преобразователь, принцип действия которого основан на тепловых процессах. Естественная входная величина его – температура. К таким преобразователям относятся термоэлектрические преобразователи и терморезисторы. Термоэлектрические преобразователи часто называют термопарами.

ТЕРМОПАРА - термочувствительный элемент в устройствах для измерения температуры, системах управления и контроля. Состоит из двух последовательно соединенных (спаянных) между собой разнородных проводников или (реже) полупроводников. Если спаи находятся при разных температурах, то в цепи термопары возникает электродвижущая сила (термоэлектродвижущая сила), величина которой однозначно связана с разностью температур "горячего" и "холодного" контактов. ТЕРМОРЕЗИСТОР - проводник или полупроводник, сопротивление которого достаточно сильно зависит от температуры. Часто терморезистор называют просто термистором. Широкое применение получили полупроводниковые резисторы, электрическое сопротивление которых существенно убывает или возрастает с ростом температуры. Используются в измерителях мощности, устройствах для измерения и регулирования температуры и др.


2. Основные виды тепловых преобразователей

2.1 Термоэлектрические преобразователи

Принцип действия термоэлектрических преобразователей или термопар основан на явлении термоэлектрического эффекта, которое заключается в том, что в цепи из двух различных проводников (или полупроводников), соединенных между собой концами при разности температур соединений возникает ЭДС, называемая термоэлектродвижущей силой (термо-ЭДС). Такая цепь называется термоэлектрическим преобразователем или термопарой. Проводники, составляющие термопару, называются термоэлектродами, а места их соединения спаями. Рабочий конец термопары, помещенный в измеряемую среду, называют горчим спаем, а свободный (нерабочий) – холодным. Один из термоэлектродов называется термоположительным, а второй – термоотрицательным. Термоположительным называют тот проводник, от которого термоток течет в холодном спае, а термоотрицательным – тот проводник, к которому течет термоток в том же холодном спае.

При небольшом перепаде температур между спаями термо-ЭДС пропорциональна разности температур. Величина термо-ЭДС зависит только от природы проводников и от температуры спаев и не зависит от распределения температур между спаями.

Явление термоэлектричества принадлежит к числу обратных явлений. Если через цепь, состоящую из двух различных проводников или полупроводников, пропустить электрический ток, то в одном спае выделяется тепло, а на другом поглощается.

В разнородных проводниках количество свободных электронов на единицу объема различно.

Обозначим

,
– плотность свободных электронов соответственно в проводниках
и
. Пусть
>
. При соединении проводников в спаях происходит диффузия электронов из термоэлектрода
в термоэлектрод
. В результате термоэлектрод
заряжается положительно, а термоэлектрод
– отрицательно.

В спаях возникает электрическое поле, т.е. ЭДС. Обозначим эти ЭДС:

- в спае 1,
- в спае 2.

В замкнутой цепи из двух разнородных проводников образуется 2 ЭДС, направленные встречно.

Результирующая ЭДС:

(1)

Диффузия электронов, а следовательно и возникающая ЭДС, в спае очень сильно зависит от температуры. Если спаи 1 и 2 находятся при одинаковой температуре, то результирующая ЭДС в цепи равна нулю:

Если спай 1 поместить в измеряемую среду, а спай 2 – в помещение, где температура t0 = const, то возникает результирующая ЭДС:

Если температуру в помещении поддерживать постоянной, то

(2)

В этом случае, измерив результирующую ЭДС (

) по выражению (2), можно определить и температуру в спае 1.

Зависимость (2) определяется экспериментально. Определение зависимости ЭДС термопары (

) от температуры рабочего спая при заданном значении свободного спая и для выбранных материалов термоэлектродов
и
называется градурировкой термопары.

Свободный спай термопары проходит через схему прибора. Измеряя ЭДС термопары (ЕТП ) с помощью прибора и используя градуировочную таблицу, мы определяем температуру в рабочей точке 1.

Градуировочная таблица термопары платинородий-платина при температуре свободных концов 00 С.

Т-ра рабоч. концов 0 1 2 3 4 5 6 7 8
Термо-ЭДС в мВ
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100

В соответствии с ГОСТ имеются термопары нескольких градуировок:

1.Платинородий – платиновые.

Обозначение: гр.ПП-1

Пределы измерения температуры: -200 ÷ 13000 С.

Чувствительность:


= 1,06 мВ/1000 С.

Эти термопары самые точные, применяются в качестве образцовых, но они дорогие.

2.Хромель – алюмелевые.

Обозначение: гр.ХА

Пределы измерения температуры: -2000 ÷ 10000 С.

Чувствительность:

= 4,03 мВ/1000 С.

3.Хромель – копелевые.

Обозначение: гр.ХК

Пределы измерения температуры: -2000 ÷ 6000 С.

Чувствительность:

= 8,3 мВ/1000 С.

В особых случаях применяются нестандартные термопары, например, вольфраммолибденовые до t = 23000 С.

В указанных пределах изменения температур для вышеперечисленных термопар зависимость ЕТП = еt (t) – Kлинейна.

2.2 Применение термоэлектрических преобразователей в термоэлектрических термометрах

Термоэлектрическими термометрами называют устройства для измерения температуры. Они содержат термоэлектрический преобразователь, который подключается к электроизмерительному прибору (милливольтметру или потенциометру).

Конструкция термоэлектрических преобразователей зависит от условий их применения:

- термоэлектрические преобразователи для контроля и измерения температуры жидкостей и газов;

- термоэлектрические преобразователи для контроля и измерения температуры твердых тел.

Термоэлектрические преобразователи соединяют со вторичными приборами с помощью термоэлектрических проводов, которые как бы наращивают термоэлектроды.

Вторичными приборами, работающими в комплекте с термоэлектрическими преобразователями, являются магнитоэлектрические милливольтметры и потенциометры. Работа магнитоэлектрического милливольтметра основана на взаимодействии рамки, образованной проводником, по которому протекает ток, с полем постоянного магнита.

Ток от термопары, протекая по проводникам рамки, создает вращающий момент:

МВ = С ·2 rlnBI, (3)

где: С – коэффициент, зависящий от параметров рамки;

r- радиус рамки;

l – длина витка в зазоре между полюсным наконечником и сердечником;

n- число витков;

B - магнитная индукция;

I - сила тока, протекающая через рамку от термопары.

Все множители выражения 3 постоянны, кроме силы тока, поэтому данное выражение можно записать в виде:


МВ = С1 · I, (4)

где: С1 = С ·2 rlnB.

Величина противодействующего упругого момента, создаваемого спиральными пружинами, равна:


Copyright © MirZnanii.com 2015-2018. All rigths reserved.