Измерение температуры. а – шариковая форма конструкции; б – дис­ковая; в – трубчатая; г – характеристика

 

 

Термисторы:

а – шариковая форма конструкции; б – дис­ковая; в – трубчатая; г – характеристика

 

Измерение температуры проводят на основе зависимости некоторых физических параметров измерителя от температуры. Работа этой группы преобразователей основана на тепловом расширении твердых тел, жидкостей или газов (биметаллические, дилатометрические, манометрические измерители), на из­менении сопротивления проводников и полупроводников (термо-резисторы) или изменении термоЭДС, возникающей в двух проводниках разной физической природы при наличии разности тем­ператур в точках их соединения (термопара).

Диапазон измерения платиновых терморезисторов – от –220 до 500^о С, медных – от –50 до 180 °С. Статическая характеристика металлических терморезисторов в рабочем диапазоне измеряемых температур практически линейна. Коэффициент преобразования для медных терморезисторов гр. 50М и 100М соответственно 0,214 и 0,428 Ом/°С, платиновых гр. 50П и 100П соответственно 0,196 и 0,391 Ом/°С.

Полупроводниковые терморезисторы используют для измере­ния температуры от –90 до 180^оС. В отличие от металлических статическая характеристика полупроводниковых терморезисторов нелинейная, ее крутизна (коэффициент преобразования) с увели­чением температуры падает. Существенный недостаток таких из­мерительных преобразователей – отсутствие взаимозаменяемос­ти, поэтому их градуировка индивидуальна.

Термоэлектрические измерительные преобразователи (термо­пары), как и металлические терморезисторы, имеют линейную статическую характеристику. Коэффициент преобразования са­мых распространенных из них:

хромель-алюмель – 41 ∙ 10^-3 мВ/°С;

хромель-копель – 69,5 ∙ 10^-3 мВ/°С;

медь-константан – 47,5 ∙ 10^-3 мВ/°С.

Диапазон измерения хромель-алюмелевых термопар от –50 до 1000 °С, а хромель-копелевых – от –50 до 600 °С.

В динамическом отношении передаточные функции измерите­лей температуры распространенных типов могут быть аппрокси­мированы последовательно включенными инерционным и запаз­дывающим звеньями

Параметры k, Т и τ в основном зависят от конструкции преоб­разователя, например, для термопар – от толщины и длины ме­таллической гильзы (чехла), защищающей измерительный преоб­разователь от механических воздействий или от контактов с изме­ряемой средой. Так, постоянная времени Т находится обычно в диапазоне от 2 до 10 мин.

Работа дилатометрических и биметаллических измерительных преобразователей основана на различии коэффициентов теплово­го расширения твердых тел, из которых выполнены чувствитель­ные элементы. В дилатометрическом преобразователе по значе­нию перемещения свободного конца стержня S судят о температу­ре t измеряемой среды.

Свободный конец биметаллического преобразователя изгиба­ется в сторону металла обычно с меньшим коэффициентом линейного расширения. Статическая характеристика биметалличес­кого преобразователя нелинейная. Его динамические характерис­тики соответствуют характеристикам инерционного звена.

В манометрическом преобразователе изменение температуры окружающей среды t вызывает изменение давления в замкнутой системе, заполненной жидкостью, парожидкостной смесью или газом. По значению перемещения конца манометрической пру­жины S судят о температуре среды, в которую помещен термобал­лон. Статическая характеристика этого измерительного преобра­зователя также нелинейная. В динамическом отношении он подо­бен инерционному звену.

Класс точности манометрических термометров составляет 1,0...2,5. Диапазон измеряемых температур –160...600^o С. Длина капилляра, связывающего термобаллон с манометрической пру­жиной, до 60 м.

 

Измерение уровня

 

 

Чаще всего измерение уровня осуществляют с помощью поплавка, плотность которого меньше плотности жидкости, или погружного поплавка, плотность которого больше, чем плотность жидкости. В первом случае поплавок следит за уровнем жидкости, во втором устройство действует по принципу измере­ния выталкивающей силы, действующей на поплавок.

Кроме поплавковых применяют также измерители, использую­щие массу сосуда с жидкостью, гидростатическое давление или за­висимость электрического сопротивления от уровня контролируе­мой жидкости.

В динамическом отношении измерители уровня эквивалентны колебательным звеньям или безынерционным звеньям W(p) = S(p) / h(p) – Kh с коэффициентом преобразования К,опре­деляемым конструкцией устройства.

Измерение расхода

 

Измерение расхода одно из самых сложных и ответствен­ных видов измерений. Расход измеряют в массовых (т, кг/с) или объемных (V, м³/с) единицах. Связь между ними опреде­ляется соотношением

т = Vp,

где р – плотность измеряемой среды, кг/м³.

Расход жидкости или газа при р = const можно измерить с по­мощью специально устанавливаемого в трубопроводе сужающего устройства, перепад давления Ар на котором пропорционален рас­ходу среды. Этот перепад измеряется дифференциальным мано­метром. Расходомер этого типа называют дроссельным. В динами­ческом отношении он эквивалентен безынерционному звену с ко­эффициентом преобразования

где С – коэффициент, значение которого зависит от геометрической формы и размеров сужающего устройства, диаметра трубопровода и плотности измеряемой среды.

Очевидно, статическая характеристика этого измерительного устройства нелинейна.

Для измерения количества вещества G, кг, используют скорост­ные или объемные счетчики, рабочий орган которых – крыльчат­ка, вращаемая потоком жидкости. Количество среды, прошедшей через трубопровод, пропорционально частоте вращения крыль­чатки, измеряемой интегрирующим прибором.

Принцип действия у счетчиков количества газа аналогичен, но их рабочий орган имеет иную конструкцию, например в виде двух вращающихся овальных шестерен.

Объемный расход жидкости или газа можно также определить по скорости их движения с помощью пневмометрической трубки. Последнюю располагают по оси трубопровода навстречу потоку. Она воспринимает динамический напор Δ р,равный разности между полным и статическим напором.

Динамический напор измеряют дифференциальным маномет­ром. Он служит для вычисления скорости в измеряемой точке се­чения.

Устройства этого типа используют для измерения расхода жид­костей или газов в трубопроводах больших диаметров и некругло­го сечения.