Тема: ВИМІРЮВАННЯ ТЕМПЕРАТУРИ ТЕРМОМЕТРАМИ ОПОРУ

Мета роботи: Ознайомлення з пристроєм термометрів опору, вимірювальних мостів в логометров, а також методами їх повірки. Дослідження впливу зміни напруги живлення і опору лінії зв'язку на покази приладів.

Прилади і обладнання: В роботі використовується термометри опору різних градуювань, електрична піч з вентилятором, зразковий ртутний термометр розширення, автоматичний електричний міст МСІ-01, логометр ЛПр-53М, джерело змінної напруги ИРН, універсальний переносний вимірювальний прилад типу УПИП-60М, два магазини опорів МСР-49.

Основні теоретичні відомості

1. Термометри опору

Вимірювання температури термометрами опору грунтується на властивості провідників і напівпровідників змінювати свій електричний опір при зміні їх температури. Температурний коефіцієнт електричного опору (ТКС) провідників (маталів) позитивний, а напівпровідників від'ємний. Напівпровідникові терморезистори (термістори) виготовляються із окислів або кристалів деяких металів (наприклад, германію) з різними домішками. Їх електричний опір в робочому інтервалі температур змінюється по експоненціальному закону. Робочий інтервал температур для напівпровідників зазвичай невеликий, що обмежує їх практичне застосування.

Найбільшу точність вимірювання температури забезпечують термометри опору. Платина має високу хімічну стабільність, високий ТКС і лінійну залежність опору від температури. Робочий інтервал платинових термометрів опору (ТСП) від -200 °С +650°С. Мідні термометри опору (ТСМ) забезпечують вимірювання температури в інтервалі від -50 до +180°С.

Термометри опору складаються з чутливого елемента та зовнішньої арматури. Чутливий елемент ТСП представляє собою платинову спіраль розміщену в керамічних трубках, а ТСМ виготовляється у вигляді безіндукційної обмотки із мідного провідника. Обмотка покривається фторопластовою плівкою. Зовнішня арматура термометра складається із захисної труби, рухомого і нерухомого штуцера для кріплення термометра і головки. В головці розміщена контактна колодка з зажимами для приєднання провідників, які з'єднують термометр з вимірювальним колом. Довжина активної частини платинового термометра в межах 30-120мм. Мідного -60мм. Градуювання термометра опору залежить від матеріалу чутливого елементу і його опору при температурі +0⁰ С (табл. 1.)

Таблиця .1

Відношення опору чутливого елемента при температурі 100°С до опору при температурі 0⁰ С (R₁₀₀/ R₀) для платинових і мідних термометрів опору має відповідати значенню вказаному в

таблиця 2

Повірка термометрів опору

Повірка темометрів опору зводиться до визначення опору при t=0⁰ С і t₁₀₀=100⁰С з метою виявлення відповідності цих значень, з приведеними в градуювальній таблиці. Повірку проводять занурюючи термометр в термостат який заповнений таючим льодом(0⁰ С), потім в масляний термостат або водний кип'ятильник з температурою100°С. Температуру танучого льоду і води що кипить вимірюють взірцевими термометрами. Практично всі термометри володіють тепловою. інерцією. Показником теплової інерціїє є час, необхідний для того, щоб при внесенні термометра в середовище з постійною температурою різниця температури середовища і любої точки термометра не перевищувала значення 37%. Зазвичай для цього потрібно 10-15 хвилин. Тому перед кожним вимірюванням необхідно витримати деякий час, щоб температура термометра зрівноважилася з температурою середовища, в яку він занурений.

Рисунок 1.-Будова термометра опору

1- мідний провідник, 2- циліндричний каркас, 3-підвідний провідник, 4-металічна гільза, 5- захисний чохол.

2-

Рисунок 2- Принципова схема зрівноважуючого моста

Рисунок 3- Трьохпровідна схема включення термометра опору в вимірювальний міст

Рисунок 4.- Схема електронного автоматичного моста

R_t – термометр опору, R_р – реохорд, Т_р 1– розділювальний трансформатор, ЗЧ- електронний підсилювач, РД- реверсний двигун, СД- синхронний двигун.

Вимірювання опору R₀ (при t₀=0⁰C ) і R₁₀₀ (при t=100⁰C) проводять з допомогою вимірювального приладу УПИП-60М або моста постійного струму МО-62. Звіти по взірцевому термометру проводять перед початком кожного вимірювання і після нього. При кожному значенні температури має бути приведено не менше трьох вимірювань.

Прилади які використовуються з комплекті з термометрами опору.

В комплекті з термометрами опору використовуються зрівноважуючи мости і логометри. Принципова схема зрівноважуючого моста приведена на рисунку 2, Міст складається з трьох постійних опорів R1, R2, R3. опір реохорда R_P і опір термометра R_t . Опір двох з'єднаних провідників (2 R_P ) включені послідовно з R_t і разом з ним складають четверте плече моста . Дві вимірювальні частини реохорда з опорами r1 s r2 доповнюють відповідно перше і друге плече.

В тих випадках коли коливання температури середовища, яке оточує з'єднувальні провідники Rп опір цих провідників може змінюватися, застосовують трьох провідну схему підключення термометра. Рівняння рівності моста має вигляд

Із рівняння слідує, що в цьому випадку зміна опору провідників не впливає на результати вимірювання. Зрівноважуючи мости поділяються автоматичні і з ручним управлінням Принципова схема електронного вимірювального моста зображена на рисунку 4 .В одне плече моста яке живиться від джерела змінного струму, підєднаний термометр опору Rt.при рівномірності моста положення ковзаю чого контакту відповідає значенню вимірювальної температури. При порушенні рівності яке викликається зміною опору в вимірювальній діагоналі моста ВГ виникає змінна напруга, яка через трансформатор Тр1 поступає на вхід електронного підсилювача ЄУ, який підсилює сигнал розбалансу. Підсилений сигнал поступає на обмотку реверсного двигуна. Двигун обертається у відповідному напрямку переміщуючи ковзаючий контакт реохорда до встановлення рівноваги моста. Вісь ковзаючого контакту механічно з'єднана з стрілком приладу і пером записуючого пристрою. Логометр складається із двох жорстко зв'язаних між собою схрещених рамок, укріплених на загальній осі і знаходиться в нерівномірному магнітному полі постійного магніта. Рамка логометра живиться від загального джерела живлення (Е=4В) і включена так, що їх обертові моменти напрямлені протилежні сторони. Кут повороту рухомої системи логометра являється функцією відношення струмів в обох рамках

φ=f(І₁/І₂)

якщо в обох рамках струм одинаків, то рухома система займає симетричне положення відносно осі магніта. При збільшенні опору R_t струм в одній із рамок зменшується, і рухома система до тих пір, поки рухомі моменти рамок не стануть однаковими. Таким чином різним температурам відповідають різні кути повороту рухомої системи логометра. Показники логометра мало залежать від зміни напруги джерела живлення, але залежать від опору з'єднувальних провідників. Значення розрахункового зовнішнього опору логометра встановлюється 2,5 або 7,5 Ом. Підготовка зовнішнього опору до розрахункового значення проводиться окремо для кожного провідника з допомогою зрівноважуючи котушок.

Повірка мостів і логометрів.

В прцесі експлуатації мости у логометри періодично повіряються. Перевірка проводиться в відповідності з інструкцією Державного Комітету стандартів, мір і вимірювальних приладів і включає і включає в себе наступні операції: зовнішній огляд, визначення опору ізоляції, визначення часу заспокоєння рухомої частини логометра або характеру заспокоєння рухомої частини автоматичних мостів, визначення основної похибки і варіації вплив нахилу приладу на його покази, поріг чутливості і часу проходження пончиком моста всієї шкали.

Визначення основної похибки і варіації мостів і логометрів проводиться на всіх цифрових відмітках шкали з допомогою взірцевих магазинів опору, який має клас точності в 5 раз перевищуючий клас точності повіряю чого приладу. Перед визначенням основної похибки логометр провіряють: чи встановлюється стрілка приладу навпроти червоної відмітки шкали приладу при встановленні замість Rt контрольної котушки опору. Для цього при виключеному джерелі живлення з'єднують додатній полюс джерела живлення з зажимом 3 логометра а від'ємний з зажимом 1і 4 . далі включають джерело живлення. Відмітка приладу повинна встановитися навпроти червоної відмітки

Опис лабораторної установки

На стенді встановлений автоматичний зрівноважуючий міст 10 і логометр. В середині стенду встановлено електрична піч, в яку зверху вставлені мідний термометр опру1, взірцевий ртутний термометр розширення 2 іплатиновий термометр опору 3. На лицьову частину стенду виведені зажими 4 і 7 для підключення мідного і платинового термометрів опору, а також 11і 13 - мостів і логометра. Електричні піч включається вимикачем 14, при цьому загоряється червона сигнальна лампа8. Для більш швидшого охолодження електричної печі усередині стенду встановлений вентилятор, що запускається кнопкою 6. Потік повітря можна регулювати засувкою 5. Для живлення логометра в правій частині стенду розташовано джерело регульованої напруги ИРН (16), яке вмикається тумблером 18, при цьому загоряється сигнальна лампочка 17. Напруга на виході ИРН регулюється потенціометром 19 і вимірюється вольтметром 15. В лівій частині стенду розташовані градуєровочні таблиці 9 термометрів опору.

14.5.2. Визначення градуювання термометрів опору.

Градуювання термометрів опору можна визначити по маркуванню, нанесеній на головці термометра або шляхом вимірювання їх електричного опору при визначеному значенні температури навколишнього середовища. Вимірювання опору термометрів проводиться з допомогою) УПИП-60М або зрівноважуючого моота постійного струму МО-62 (за наказом викладача). УПИП-60М об'єднує в собі вимірювальний потенціометр і одинарний міст постійного струму з плечем порівняння, яке використовується в якості магазину опорів. Прилад призначений для перевірки в цехових умовах автоматичних мостів, логометрів, пірометричних міллівольтметрів і потенціометрів, а також для підгонки опору двох і трьох провідних лініях і вимірювання електричного опру термометрів. Підготовка УПІП-60М до роботи здійснюється наступний образом: вимикач живлення приладу повинен бути в положенні „виключено”;переключателі В8,В9, В10,В11в положенні ”В”переключатель полярності в положенні „+” перемикачі В8, В9, В10 В11 в положенні "В", перемикач полярності в положенні "+". Перед початком роботи необхідно встановити коректорну стрілку гальванометра на нульову відмітку. Для вимірювання опору термометра за Допомогою УПИП-60М збирають схему.

Вимірювальний опір підключають до зажимів П1і Т2, переключатель РОД РАБОТЫ встановлють в положення „ МОСТ 23” з допомогою перемикача плеч відношення „ N” встановлють множник вибраний згідно таблиці

Включають живлення при нажатій кнопці „грубо” а потім „ТОЧНО” поворотом рукоятки преключателів 100Ώ,10 Ώ, 1Ώ. Встановлюють стрілку гальванометра на нульову позначку; результат вимірювання визначають за формулою

Rt=NRн

Де Rt- значення вимірювального опору, N-відношення опорів плеч моста; Rн- значення опору плеча порівняння. Одержане значення порівнюється з значення приведеним в градуювальній таблиці

Повірка автоматичного електронного логометра

Збирають схему приведену на рис 14,8 встановлють опір магазину МСР-49 на 1-2 ОМ менше значення R2p=Rt і включають живлення моста і підбирають таке значення магазину, при якому показчик моста встановиться навпроти повір очної відмітки шкали; одержане значення опру записують в протокол повірки.

Протокол

Повірки автоматичного моста __________________________________________________________

Номер _________________ градуїровки______________________________ з межами вимірювання

____________________________ клас точності ____________________________________________

Повірка проводиться по взірцевому магазину опорів типу ________ №___ температура навколишнього середовища______

Швидкість проходження показчиком шкали_____________________________ с.

Встановлюють опір МСР-49 та 1-2 Оми більше значення R2p=Rt і включають живлення моста, повторяють повірку при зменшенні опору.

Визначення основної похибки проводиться на всіх оцифрованих відмітках шкали. Для визначення часу проходження показчиком

шкали з допомогою МСР -49 встановлють значення опору, яке відповідає межі вимірювання приладу. Час проходження показчиком шкали від однієї межі до іншої вимірюється секундоміром. Воно має бути однакове у всіх напрямках і не має перевищувати 8 секунд. Розрахунок приведеної похибки проводиться по формулі

де Т- покази приладу ⁰С, Т₀- показники взірцевого термометра ⁰С Тк- кінцева відмітка шкали, Тн- початкова відмітка шкали. Варіація не повинна перевищувати абсолютного значення приведеної похибки

Повірка логометра

Перед провіркою логометра необхідно впевнитись в тому що стрілки приладу встановлені навпроти червоної відмітки при включеній контрольній котушці опору і визначити час всановити час заспокоєння рухомої частини логометра при номінальній напрузі живлення вимірювального кола. Для цього підключають ИРН до зажимів 1 і 3 логометра , і з'єднують зажими 1 і 4, і включають тумблер 18 замірюють час заспокоєння по секундоміру. Стрілка приладу повинна встановитись навпроти червоної відмітки а час її заспокоєння не повинен перевищувати 6 секунд .

Визначення приведеної похибки проводиться за допомогою УПИП-60М, взірцевого моста або магазину опорів. Повірку проводять наступним чином:

Збирають схему встановлюють переключатель РОД РОБОТЫ в положення ПОВЕРКА ЛОГОМЕТРОВ опір магазину на 1-2 Ома менше ніж Rгр= Rt-R1, який відповідає повірочній відмітці шкали, переключатель межі потенціометра встановлюють в положення „Х1”, а з допомогою секційного переключателя і реохорда – напругу -40мВ. Включають живлення УПИП-60Мі проводять контроль робочого струму потенціометра, переключив тумблер „И-К” в положення К . Потім переводять тумблер „И-К” в положення „ И”, рукоядкою реостата „ НАПРЯЖЕНИЕ” при натиснутій кнопці ГРУБО встановлюють стрілку гальванометра напроти нульової позначки зміною опору магазину Rн плавно підводять підводять стрілку приладу до повір очної відмітки шкали. Проводять відлік по магазину опорів і записують його в протокл Операції проводять на кожній оцифрованій відмітці шкали.

Проток

Повірки логометра типу _______________, номер градуювання _________________________

З межею вимірювання _______________________, клас_______________________________

Порка проводилась по взірцевому приладу ________________________________________

№ ________________ клас________________________

температура навколишнього середовища _______________________

Вимірювання температури термометрами опору

Для вимірювання температури термометрами опору включають по двох трьох провідній схемі. Включають електричну піч виключателем 14 при цьому загоряється сигнальна лампа 8 . Записують в протокол покази приладів при початковій температурі, а потім по мірі нагрівання пічки, при температурах, які відповідають оцифрованим відміткам взірцевого термометра. З метою контролю впливу теплової інерційності термометрів на точність вимірювання, знімають покази також при охолодженні пічки.

Протокол вимірювання температури термометрами опору

Після досягнення температури 80⁰ С піч виключають і охолоджують. Зцією метою метою відкривають задвижку 5. По мірі охолодження печі записують в протокол покази приладів, при температурах, які відповідають оцифрованим відміткам взірцевого термометра.

Дослідження впливу опору лінії і напруги живлення на покази логометра на покази логометра

Встановити стрілку логометра з допомогою МСР-49 протів першої оцифрованої відмітки шкали, знижують напругу живлення з 4В послідовно до 3В і 2В, спостерігаючи при цьому за зміною показів логометра. Повторюють спостереження на інших оцифрованих відмітках шкали, результати заносять в протокол

Протокол вимірювання впливу напруги живлення на покази логометра

За правильні в цьому випадку приймаються покази логометра при номінальному значенні напруги живлення

Зміни опору лінії імітуємо магазином МСР-49 спостерігають за зміною показів логометра. Дані вимірювання заносять в протокол.

Протокол

Спостереження впливу опору лінії зв'язку на покази логометра(моста)

Контрольні питання

1. Принцип вимірювання температури термометрами опору
2. Межі вимірювання мідних і платинових термометрів опору
3. Будова мідного і платинового термометрів опору
4. Вимоги які ставляться до матеріалів з яких виготовляють термометри опору .
5. Принципова схема логометра
6. Схема зрівноваження моста постійного струму
7. Порядок повірки термометрів опору.
8. Особливості двох і трьох провідних схем включення термометрів опору
9. Принципова схема електронного автоматичного моста
10. Порядок повірки мостів і логометрів
11. Призначення універсального переносного вимірювального приладу УПИП -60М
12. Спосіб визначення часу проходження шкали показчиком моста і часу заспокоєння рухомої частини лгометра
13. Вплив напруги живлення на покази логометра