Інформаційно-вимірювальна система температури (стр. 1 из 4)

Вступ

Високопродуктивна, економічна і безпечна робота технологічних агрегатів промисловості вимагає застосування сучасних методів і засобів вимірювання величин. Автоматичний контроль є логічно першим ступенем автоматизації, без успішного функціонування якого неможливе створення ефективних АСУ.

В сучасній техніці для вирішення завдань автоматичного контролю все ширше застосовують ЕОМ або мікроконтролери. Всі основні промислові агрегати оснащені різними системами автоматичного контролю і управління за допомогою ЕОМ.. Основними параметрами, які необхідно контролювати є температура різних середовищ; витрати, тиск, склад газів і рідин; склад металів; геометричні розміри прокату. І саме комп`ютерний контроль надзвичайно сильно впливає на ефективність функціонування всіх основних механізмів, оскільки ту велику кількість інформації, що поступає від вимірювальних систем не можливо опрацювати оператору.

Також значно збільшилася кількість вимірювальних систем в побуті. Наприклад, в системах контролю опалення приміщень основну роль відіграють ІВС контролю температури, що значно збільшує енергозбереження. Саме через доцільність таких розробок я вибрав дану тему курсового проекту.

1 Огляд літературних джерел

1.1 Поняття про температуру і про температурні шкали

Температурою називають величину, що характеризує тепловий стан тіла. Згідно кінетичної теорії температуру визначають як міру кінетичної енергії поступального руху молекул. Звідси температура є умовна статистична величина, прямо пропорційна середній кінетичній енергії молекул тіла.

На початку XX століття широко застосовувалися шкали Цельсія і Реомюра, а в наукових роботах - також шкали Кельвіна і водневу. Перерахунки з однієї шкали на іншу створювали великі труднощі і приводили до ряду непорозумінь. Тому в 1933 році було ухвалене рішення про введення Міжнародної температурної шкали (МТШ).

Досвід застосування МТШ показав необхідність внесення в неї ряду уточнень і доповнень, щоб по можливості максимально наблизити її до термодинамічної шкали. Тому МТШ була переглянута і приведена у відповідність із станом знань того часу. У 1960 році було затверджене нове "Положення про міжнародну практичну температурну шкалу 1948 року. Редакція 1960 р.".

1.2 Пристрої для вимірювання температур

Температуру вимірюють за допомогою пристроїв, що використовують різні термометричні властивості рідин, газів і твердих тіл. Існують десятки різних пристроїв, що використовуються в промисловості, при наукових дослідженнях, для спеціальних цілей.

У таблиці 1 приведені найбільш поширені пристрої для вимірювання температури і практичні межі їх застосування.

Таблица 1 - Найбільш поширені пристрої для вимірювання температури

Термометрична властивість	Назва пристрою	Межі тривалого застосування,
		Нижня	Верхня
Теплове розширення	Рідинні скляні термометри	-190	600
Зміна тиску	Манометричні термометри	-160	60
Зміна електричного опору	Електричні термометри опору.	-200	500
	Напівпровідникові термометри опору	-90	180
Термоелектричні ефекти	Термоелектричні термометри (термопари) стандартизовані.	-50	1600
	Термоелектричні термометри (термопари) спеціальні	1300	2500
Теплове випромінювання	Оптичні пірометри.	700	6000
	Радіаційні пірометри.	20	3000
	Фотоелектричні пірометри.	600	4000
	Колірні пірометри	1400	2800

1.3 Рідинний та манометричний термометри

Найстаріші пристрої для вимірювання температури - рідинні скляні термометри - використовують термометричну властивість теплового
розширення тіл. Дія термометрів заснована на відмінності коефіцієнтів теплового розширення термометричної речовини і оболонки, в якій вона знаходиться (термометричного скла або рідше кварцу).

Рисунок 1 - Рідинний скляний термометр

Рідинний термометр складається з скляних балона 1, капілярної трубки 3 і запасного резервуару 4 (рисунок 1). Термометрична речовина 2 заповнює

балон і частково капілярну трубку. Вільний простір в капілярній трубці і в запасному резервуарі заповнюється інертним газом або може знаходитися під вакуумом. Запасний резервуар служить для оберігання термометра від псування при надмірному перегріві.

Як термометрична речовина найчастіше застосовують хімічно чисту ртуть. Вона не змочує стекла і залишається рідкою в широкому інтервалі зміни температур. Окрім ртуті як термометрична речовина в скляних термометрах застосовуються і інші рідини, переважно органічного походження. Наприклад: метиловий і етиловий спирт, гас, пентан, толуол, галій, амальгама талія.

Основні переваги скляних рідинних термометрів - простота використання і достатньо висока точність вимірювання навіть для термометрів серійного виготовлення. До недоліків скляних термометрів можна віднести: погану видимість шкали (якщо не застосовувати спеціальної збільшувальної оптики) і неможливість автоматичного запису свідчень, передачі свідчень на відстань і ремонту.

Рисунок 2 - Манометричний термометр

Дія манометричних термометрів заснована на використанні залежності тиску речовини при постійному об'ємі від температури. Замкнута вимірювальна система манометричного термометра складається з (рисунок 2) чутливого елементу, що сприймає температуру вимірюваного середовища, - металевого термобаллона 1, робочого елементу манометра 2, що вимірює тиск в системі, довгого з`єднувального металевого капіляра 3. При зміні температури вимірюваного середовища тиск в системі змінюється, внаслідок чого чутливий елемент переміщує стрілку або перо за шкалою манометра, отградуйованого в градусах температури. Манометричні термометри часто використовують в системах автоматичного регулювання температури, як бесшкальні пристрої інформації (датчики).

Манометричні термометри підрозділяють на три основні різновиди:

- рідинні, в яких вся вимірювальна система (термобаллон, манометр і сполучний капіляр) заповнені рідиною;

- конденсаційні, в яких термобаллон заповнений частково рідиною з низькою температурою кипіння і частково - її насиченими парами, а з`єднувальний капіляр і манометр - насиченими парами рідини або, частіше, спеціальною передавальною рідиною;

- газові, в яких вся вимірювальна система заповнена інертним газом.

Перевагами манометричних термометрів є порівняльна простота конструкції і застосування, можливість дистанційного вимірювання температури і можливість автоматичного запису показів. До недоліків манометричних термометрів відносяться: відносно невисоку точність вимірювання (клас точності 1,6; 2,5; 4,0 і рідше 1,0); невелику відстань дистанційної передачі показів (не більше 60 метрів) і складність ремонту при розгерметизації вимірювальної системи.

Перевірка показів манометричних термометрів проводиться тими ж методами і засобами, що і скляних рідинних.

1.4 Термоелектричні термометри

Для вимірювання температури в металургії найбільш широкого поширення набули термоелектричні термометри, що працюють в діапазоні температур від -200 до +2500 ⁰C і вище. Даний тип пристроїв характеризує висока точність і надійність, можливість використання в системах автоматичного контролю і регулювання параметра, що значною мірою визначає хід технологічного процесу в металургійних агрегатах.

Суть термоелектричного методу полягає у виникненні ЕРС в провіднику, кінці якого мають різну температуру. Для того, щоб зміряти дану ЕРС, її порівнюють з ЕРС іншого провідника, що створює з першим термоелектричну пару AB (рисунок 3), в ланцюзі якої потече струм.

Рисунок 3 - Термоелектричний термометр

Результуюча термо-ЕРС ланцюга, що складається з двох різних провідників A і B (однорідних по довжині), рівна

(1.1)

або

(1.2)

де

і - різниці потенціалів провідників A і B відповідно при температурах t₂ і t₁, мВ.

Термо-ЕРС даної пари залежить тільки від температури t₁ и t₂ і не залежить від розмірів термоелектродов (довжини, діаметру), величин теплопровідності і питомого електроопору.

Для збільшення чутливості термоелектричного методу вимірювання температури у ряді випадків застосовують термобатарею: декілька послідовно включених термопар, робочі кінці яких знаходяться при температурі t₂, вільні при відомій і постійній температурі t₁.

Термоелектричний термометр (ТТ) - це вимірювальний перетворювач, чутливий елемент якого (термопара) розташований в спеціальній захисній арматурі, що забезпечує захист термоелектродов від механічних пошкоджень і дії вимірюваного середовища.

Термоелектричні термометри випускаються двох типів: занурювані, поверхневі. В промисловостіь виготовляються пристрої різних модифікацій, що відрізняються за призначенням і умовам експлуатації, за матеріалом захисного чохла, за способом установки термометра в точці вимірювання, по герметичності і захищеності від дії вимірюваного середовища, по стійкості до механічних дій, по ступеню теплової інерційності і т.п.