Определение температуры охлаждающей среды и скоропортящихся грузов (стр. 1 из 2)
Цель лабораторной работы: изучить устройство и принцип работы термометрических приборов, а также методов их проверки и настройки.
1. Теоретическая часть
В международной системе единиц СИ температура измеряется по термодинамической температурной шкале Кельвина (К), которая строится в соответствии со вторым законом термодинамики, независимо от свойств термометрического вещества. Кроме термодинамической шкалы, являющейся основной, используется Международная практическая температурная шкала Цельсия (°C) 1948 года, основанная на шести постоянных температурных равновесиях между твердой и жидкой или жидкой и газообразной фазами различных веществ при нормальном атмосферном давлении (P = 760 мм. рт. ст.). Применяются также температурные шкалы отсчета в градусах Фаренгейта (°F), Ренкина (°R) и др.
Показания одной температурной шкалы в другую переводят с помощью следующих выражений:
tC= (T - 273,15),°C;
T = (tC+ 273,15), K;
tF= (9/5tC+ 32),°F;
tR= (9/5tC+ 491,67),°R.
Приборы, которые измеряют температуру до 500-600°C называются термометрами, а более высокую - пирометрами.
груз температура хладотранспорт датчик
Пирометр - прибор для бесконтактного измерения температуры тел. Принцип действия основан на измерении мощности теплового излучения объекта измерения преимущественно в диапазонах инфракрасного излучения и видимого света. Изначально термин использовался применительно к приборам, предназначенным для измерения температуры визуально, по яркости и цвету сильно нагретого (раскалённого) объекта. В настоящее время смысл несколько расширен, в частности, некоторые типы пирометров (такие приборы правильнее называть инфракрасные радиометры) измеряют достаточно низкие температуры (0°C и даже ниже), при которых тепловое излучение не видно человеческим глазом.
На хладотранспорте применяют только термометры.
Для контроля, регистрации и регулирования температуры на железнодорожном хладотранспорте используют дилатометрические термометры, контактные термометры, термографы, манометрические термометры, металлические и полупроводниковые термометры сопротивления и др.
Рис.1.1 Дилатометрический термометр: а - дилатометрический термометр с наружной шкалой; б - дилатометрический термометр с вложенной шкалой
Дилатометрический термометр (рис.1.1) основан на измерении меняющихся с температурой размеров тел. Из дилатометрических приборов наибольшее распространение получили жидкостные, в том числе ртутные и спиртовые. Недостатками дилатометрических термометров являются их хрупкость и большая тепловая инерция.
Контактный термометр (рис.1.2) состоит из ртутного термометра с двумя шкалами (верхней и нижней). По нижней определяют температуру окружающей среды. Верхняя необходима для установления на ней контролируемого значения температуры. Контактный термометр служит для сигнализации и поддержания постоянной температуры контролируемой среды. Впаянные в капилляр один, два или три платиновых контакта на отметках шкалы, соответствующих температурным точкам сигнализации или заданным значениям регулируемой температуры, обеспечивают замыкание или разрыв электрических цепей.
Рис.1.2 Контактные термометры: а - прямой контактный термометр; б - угловой контактный термометр
Манометрический термометр основан на измерении давления, меняющегося в замкнутом пространстве с изменением температуры.
Термометр сопротивления основан на измерении величины электрического сопротивления проводника или полупроводника, изменяющегося с температурой. Определение температуры с помощью таких датчиков заключается в измерении их сопротивления с использованием мостовой цепи Уитстона (рис.1.3), в которую включены четыре резистора, соединенные последовательно в замкнутый контур.
Рис.1.3 Схема измерения температуры с использованием мостовой цепи Уитстона
К двум противоположным точкам моста а и в подключён источник питания Е, а к точкам с и d - измеритель равновесия схемы (гальванометр). Диагональ а-в получила название диагонали питания, а диагональ с-d - измерительной диагонали. Плечо RX является объектом измерения, плечо R3 - объектом сравнения. Резисторы R2 и R4 служат для создания разности потенциалов на измерительной диагонали. Гальванометр служит указателем измеряемой величины.
Для измерения температуры применяют уравновешенные и неуравновешенные мосты. Схема измерения температуры металлическим термометром сопротивления на основе уравновешенного моста приведена на рис.1.4.
Процесс измерения основан на создании условия равновесия, которое имеет вид:
Мост уравновешивается с помощью реохорда R. При этом разность потенциалов на измерительной диагонали должна равняться нулю. Уравновешивая плечи моста при помощи реохорда, замеренную температуру отсчитывают по температурной шкале реохорда. Сопротивление датчика определяется по формуле.
Рис.1.4 Схема измерения температуры металлическим термометром сопротивления: Rt - резисторы измерения; R1 и R2 - уравнительные резисторы; R3 - резистор сравнения; П - переключатель; Е - источник электрического тока
Сопротивление резистора сравнения R3 остается неизменным, а величины R1 и R2 определяются по шкале регулировочного реостата. Металлический термометр сопротивления (рис.1.4) основан на принципе измерения величины электрического сопротивления металлического проводника (терморезистора), увеличивающегося при повышении температуры. Он представляет собой патрон, внутри которого помещена спираль из тонкого медного проводника (из проволоки d = 0,1 мм для измерения температур от - 50 до +150°С, R = 53 ± 0,1 Ом при 0°С). По терморезистору от источника пропускается электрический ток. Сопротивление терморезистора изменяется в зависимости от температуры и замеряется уравновешенным мостом. Каждой температуре соответствует определенное сопротивление терморезистора. Термометр сопротивления может быть удален на значительное расстояние от места замера.
Металлические термометры сопротивления применяют для измерения температуры в 5-вагонных секциях Брянского машиностроительного завода (БМЗ), а также в холодильных складах на входе и выходе воздуха из испарителя холодильной установки непосредственного охлаждения. В грузовом помещении каждого вагона установлено четыре датчика, из них два - на входе и выходе воздуха из воздухоохладителя, один - на боковой стене у дверного проема и один - на гибком проводе, что позволяет помещать его в любом месте, в том числе и в грузе. Схема размещения датчиков в грузовом вагоне 5-вагонной секции БМЗ приведена на рис.1.5 Температуру в грузовых вагонах контролируют тремя способами: выборочный ручной дистанционный контроль, автоматический контроль с периодической записью, местное измерение температуры. В качестве датчиков температуры в этих системах используются платиновые терморезисторы сопротивления, а воспринимающие (показывающие) приборы для каждой системы подобраны индивидуально.
Рис.1.5 Схема размещения датчиков температуры в грузовом вагоне 5-вагонной секции БМЗ: 1 и 2 - датчики на входе и выходе воздуха их воздухоохладителя; 3 - датчик на боковой стене; 4 - датчик на гибком проводе.
Кроме термометров сопротивления с датчиками из чистых металлов (платины, меди, железа) применяют термометры сопротивления с датчиками из полупроводников (термисторов), обладающих отрицательным температурным коэффициентом, т.е. с повышением температуры на один градус сопротивление их уменьшается на 1-3 %. Полупроводниковый термометр сопротивления представляет собой термистор, включенный в плечо неуравновешенного моста (рис.1.6).
Рис.1.6. Схема измерения температуры полупроводниковым термометром сопротивления
Перед каждым измерением температуры в рефрижераторном вагоне переключателем П включают контрольный резистор RК и устанавливают при помощи регулировочного резистора RР стрелку миллиамперметра в контрольное положение, обозначенное на шкале красной точкой, которая соответствует определенной температуре. После этого переключателем П поочередно включают термисторы. На шкале миллиамперметра стрелка указывает температуру в замеряемой точке. Температурный коэффициент термистора обратно пропорционален квадрату температуры, поэтому шкала измерительного прибора при непосредственном измерении сопротивления термистора Rt будет нелинейной.
Линейную характеристику получают путем включения в цепь термистора Rt, шунтирующего RШ и дополнительного Rд резисторов. При этом характеристика цепи принимает вид прямой, а шкала измеряющего прибора будет равномерной.
К достоинствам полупроводниковых термометров сопротивления следует отнести высокую точность измерения, легкость осуществления автоматической записи и дистанционной передачи показаний, простоту эксплуатации, дешевизну, продолжительный срок службы. Недостатком таких термометров является потребность в источнике электроэнергии.
Полупроводниковые термометры сопротивления установлены в 5-вагонных секциях ZB-5 и автономных рефрижераторных вагонах (АРВ). Температурные датчики размещены на входе и выходе воздуха из испарителя (1 и 2 - первого испарителя, 5, 6 - второго) и на боковых стенах (3,4), а для измерения температуры груза служит датчик термометра на гибком проводе (7). Место подключения переносной термостанции обозначено цифрой 8. Схема размещения датчиков температуры в грузовом помещении АРВ приведена на рис.1.7.