Электрические датчики в современной металлургии

3.5 Измерение температуры

В металлургической промышленности измерители температур пользуются устойчивым спросом, так как они необходимы почти в 90% всех технологических операциях. Большое разнообразие методов и конструкций измерителей температур требует определенного классифицированного подхода при их рассмотрении.

Проведем небольшой анализ используемых их в металлургии.

Электрические термометры сопротивления

Свойство чистых металлов и полупроводников изменять свое сопротивление с изменением температуры используется в электрических термометрах сопротивления (терморезисторы).

Для терморезисторных преобразователей используют материалы, обладающие высокой стабильностью температурного коэффициента сопротивления (ТКС), высокой воспроизводимостью электрического сопротивления при данной температуре, значительным удельным электрическим сопротивлением, высоким ТКС, стабильностью химических и физических свойств при нагревании, инертностью к воздействию исследуемой среды. К таким материалам в первую очередь относятся платина, медь, никель, вольфрам и др. Наиболее широко применяют платиновые и медные терморезисторы.

Для измерения температуры от 0 до +650 СС применяются платиновые термометры сопротивления типа ТСП (таблица 3).

К недостаткам платиновых преобразователей температуры относятся довольно высокая загрязняемость платины парами металлов (особенно железа) при высоких температурах и сравнительно невысокая химическая стойкость в восстановительной среде, вследствие чего материал становится хрупким, теряет стабильность характеристик.

Медные терморезистивные типа ТСМ преобразователи широко используют в диапазоне температур от – 50 до 180 °С вследствие их низкой стоимости и довольно высокой стойкости к коррозии. Зависимость сопротивления меди от температуры описывается линейным уравнением (таблица 3).

К недостаткам медных преобразователей температуры относится высокая окисляемость меди при нагревании, вследствие чего их применяют в сравнительно узком диапазоне температур в средах с низкой влажностью и при отсутствии агрессивных газов.

Чувствительные элементы термосопротивлений имеют относительно большие габариты и боятся вибраций. Поэтому их используют главным образом для измерения температур жидкостей в больших емкостях.

Полупроводниковые терморезисторы отличаются от металлических большими значениями ТКС, а, следовательно, меньшими размерами и инерционностью.

Недостатками полупроводниковых терморезисторов, существенно снижающих их эксплуатационные качества, является нелинейность зависимости сопротивления от температуры, значительный разброс номинальных значений сопротивлений различных образцов и их ТКС.

Таблица 3. Основные характеристики терморезисторов платиновых и медных

Для измерения изменений сопротивлений применяются логометры или уравновешенные мосты. Измерительная цепь уравновешенного моста состоит из термометра сопротивления, двух постоянных резисторов и переменного сопротивления-реохорда, изменяемого путем перемещения его подвижного контакта при помощи двигателя, включенного на выход электронного усилителя, на вход которого подается дисбаланс моста.

Термопары

Термопарой называют датчик генераторного типа, измеряющий температуру в окрестности определенной точки температурного поля относительно другой. Термоэлектрический термометр имеет в качестве чувствительного элемента два спаянных между собой разнородных металлических проводника. Если температуры спаев t и t0 отличаются друг от друга, то в рассматриваемом контуре образуется ЭДС постоянного тока, возникающая вследствие совместного действия явлений Томпсона и Зеебека.

Явление Томпсона состоит в том, что в проводнике, обладающем электронной проводимостью, при неравномерном нагревании по длине в нагретых частях повышается концентрация свободных электронов, которые диффундируют от горячего конца проводника к холодному, заряжая горячий конец положительно, а холодный – отрицательно. ЭДС Томпсона в замкнутой цепи из разнородных проводников равна разности ЭДС обоих проводников.

Явление Зеебека заключается в том, что в месте контакта двух различных проводников возникает ЭДС, вызванная различной концентрацией свободных электронов и наличием контактной разности потенциалов. Суммарная ЭДС, вызванная явлениями Томпсона и Зеебека, является функцией температур t и t0 и зависит от физической природы проводников. Термопары градуируются при нулевой температуре холодного спая. Для компенсации влияния изменения температуры холодного спая применяются специальные компенсационные провода.

Термопары применяют в основном для измерения температур жидкости и газов, а также для измерения поверхности твердых тел. Они используются в диапазоне температур от 0 0К до 1600 0С, но наибольшую точность термопары обеспечивают до 1000 0С. Некоторые термопары (вольфрам – вольфрам – молибден) измеряют температуру до 20000С. На агрегатах цехов холодной прокатки применяются в основном два типа термопар: хромель-алюмелевые и хромель-копелевые. Термопары хромель-алюмелевые (ТХА) работают в диапазоне температур от – 50 до 1000 °С и имеют практически линейную шкалу. Такие термопары рекомендуется применять в восстановительной и нейтральной средах, где обеспечивается погрешность ±1,0%. Термопары хромель-копелевые (ТХК) применяются в диапазоне температур от – 50 до +600 °С, обеспечивая погрешность не более +0,8% при нелинейной шкале.

Для измерения температур в пределах от – 200 до 2500 0С выпускают стандартные термопреобразователи температуры представленные в таблице 4.

Важным фактором учета погрешностей при измерениях с помощью термопары является введение поправок на температуру ее свободных концов. При проведении ответственных измерений применяется термостатирование свободных концов термопары при 0 0С.

Таблица 4. Характеристики промышленных термопар

 Скачать реферат