измерение температуры косвенным методом

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное
учреждение высшего образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИСТЕТ»
___________________________________________________________
Ю.К. Атрошенко, Е.В. Кравченко
ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ КОСВЕННЫМ МЕТОДОМ
Издательство
Томского политехнического университета
2014
УДК 006 (076.6)
ББК30.10я73
А927
Атрошенко Ю.К.
Измерение температуры косвенным методом. Методические указания к выполнению лабораторных работ / Ю.К. Атрошенко, Е.В. Кравченко; Томский политехнический университет. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2014. – 12 с.
В пособии приведены сведения о методах измерения температуры, показан ход выполнения лабораторной работы. Лабораторная работа содержит индивидуальные
варианты заданий. Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по направлениям 140100 (13.03.01) «Теплоэнергетика и теплотехника» и
141100 (13.03.03) «Энергетическое машиностроение».
УДК 006 (076.6)
ББК30.10я73
Рецензенты
Доктор технических наук, профессор ТГАСУ
Мамонтов Г.Я.
Доцент ФГОУ ДПО «Академия стандартизации, метрологии и сертификации (учебная)»
Волошенко А.В.
© ФГБОУ ВПО НИ ТПУ, 2014
© Атрошенко Ю.К., Кравченко Е.В.
© Обложка. Издательство Томского
политехнического университета, 2014
2
Цель работы заключается в знакомстве с методами измерения температуры тел, а также в получении практических навыков измерения с
помощью измерительных преобразователей.
Задачами работы являются:
 изучение средств и методом измерения температуры;
 измерение температуры с помощью термоэлектрического преобразователя;
измерение температуры с помощью термопреобразователя сопротивления.
Измерение температуры
Температура является одним из трех основных параметров, характеризующим состояние вещества. В промышленности измерение температуры занимает до 80 % объема всех измерений.
Температура определяет степень нагретости тела, она характеризует тепловое состояние вещества и пропорциональна средней кинетической энергии его молекул.
На практике измерение температуры непосредственно невозможно.
Поэтому для измерения температуры используют различные явления,
происходящие под воздействием тепла, например, расширение веществ,
изменение электрического сопротивления, излучение нагретых тел. Однако, количественная оценка возможна лишь при сопоставлении с некоторой эталонной температурой.
Классификация методов измерения температуры показана на рис.
1.
Рис. 1. Классификация средств измерения температуры
Измерение температуры любым из методов, приведенных на рис. 1,
выполняется косвенно, т.е. значение измеряемой температуры определяется по результатам прямых измерений другой физической величины
3
– давления, термоэлектродвижущей силы, электрического сопротивления и др. Наиболее распространенными дистанционными средствами
измерения температуры являются термоэлектрические преобразователи
и термопреобразователи сопротивления.
Принцип действия термоэлектрических преобразователей основан
на явлении генерации термоэлектродвижущей силы (ТЭДС), возникающей из-за разности температур между двумя соединениями различных
металлов или сплавов образующих часть одной и той же сети. Таким
образом, при измерении температуры термоэлектрический преобразователь преобразует измеряемую температуру в ТЭДС (рис. 2, а).
Рис. 2. Номинальные статические характеристики:
а – термоэлектрического преобразователя, б – термопреобразователя сопротивления
Принцип действия термопреобразователей сопротивления (ТПС)
основаны на зависимости сопротивления металлов от температуры (рис.
2, б). В этом случае температура может быть определена по величине
сопротивления.
Описание лабораторной установки
Лабораторная установка включает сухоблочный калибратор температуры типа КТ-650, эталонный калибратор ИКСУ-260L, образцы термопреобразователей.
Вид калибратора показан на рис. 3. На лицевой панели КТ-650 расположены:
 двухрядный индикатор температуры;
 кнопки управления.
4
Индикатоор темпер
ратуры п
предназнаачен для отображеения теку
ущего
значеения темп
пературы
ы КТ-650 и заданияя темпераатуры усттавки. В верхнем рряду инд
дицируетсся текущаая темпер
ратура основного ттермостатирующегго блока. В нижнеем ряду оттображаеется темпеература ууставки. После
П
задан
ния уставвки высвеечиваетсяя ее темпеература, при этом
м в левом углу
нижн
ней части
и изображен символл «=».
Р 3. Суххоблочныйй калибрат
Рис.
тор темпеературы К
КТ-650
Для изм
менения уставки имеютсяя пять кн
нопок:
вход в режим//выход изз режима редактиррования температу
уры уставкки, кнопк
ки ►,
◄ пеередвижеения по разрядам
р
и кнопки
и ▲, ▼ изменения
и
я цифры соответсттвующегоо разряда. В целяхх безопасности предусмотррено выкл
лючение н
нагрева во время редактиро
р
ования усставки. По
осле выхоода из режима
редакктировани
ия в режи
им измереений инди
икатор гаснет на 1 -3 секунд
ды.
На верти
икальной части пеередней панели
п
расположеены два переключчателя: «С
СЕТЬ» и «БЛОКИР
«
РОВКА»..
Двухпози
иционный
й переклю
ючатель «Блокиро
«
вка» служ
жит для вклюв
ченияя систем
мы блокировки цеепей питаания нагр
ревателейй. Блокир
ровка
предн
назначена для отк
ключенияя питанияя в аварийной ситтуации. СрабаС
тываает при оттклонени
ии текущеей темпер
ратуры от
о заданноой на ±15 °С,
например, при
и обрыве в цепи ттермопрео
образоваттелей. Поосле возвр
ращения ттемператууры блок
кированноого канал
ла КТ-650
0 в зону уустановлеенных
пределов питаание нагр
ревателей восстанаавливаетсяя.
Для измеерения зн
начения вы
ыходного
о сигналаа термопрреобразователя
используется калибраттор-измерритель этаалонный типа
т
ИКС
СУ-260L.
Вид лиц
цевой пан
нели калиббратора ИКСУ-260
И
0L показаан на рис. 4.
5
Рис. 4. Лицевая панел калибратора:
1 – корпус; 2 – лицевая панель; 3 – ЖК-дисплей; 4 – кнопка включения/выключения
подстветки дисплея; 5 – кнопка включения/выключения прибора; 6 –
начало/остановка записи в архив; 7 – кнопка подтверждения выбранного пункта
меню/ ввод числа; 8 – вовзрат на предыдущий уровень меню; 9 – сдвиг числа вправо;
10 – программирование «горячей» кнопки; 11 – переход к следующему
запрограммированному значениею; 12 – кнопка включения/выключения «быстрого»
режима автоповтора
Калибратор-измеритель ИКСУ-260L следует подключать к
термопреобразователю с помощью соответствующего кабеля.
Назначения кабелей калибратора-измерителя ИКСУ-260L приведены в
таблице 1.
Таблица 1
Назначение кабелей
№ кабеля
Кабель № 1
Маркировка
КИ260К
Кабель № 2
КИ260L
Кабель № 3
КИ260R1
Назначение
Подключение к ИКСУ термопреобразователей с
НСХ ХА(К)
Подключение к ИКСУ термопреобразователей с
НСХ ХK(L)
Связь
ИКСУ
с
термопреобразователями
сопротивления
по
трехпроводной
схеме
6
№ кабеля
М
Маркировк
ка
Кабелль № 5
КИ260U
Назнач
чение
подкллючения при
п
работее в режим
ме измереения
темпеературы и сопротивле
с
ения постояянному ток
ку
Связьь ИКСУ с первичны
ыми преоббразовател
лями
или уустройстваами при рааботе в реежиме раб
боты
измеррений напр
ряжения по
остоянногоо тока, а таакже
воспрроизведения
сиггналов
напряжеения
постооянного токка
Схема поодключен
ния калибрратора к измеритеельному ппреобразо
ователю приведенаа на рис. 5.
5
Рисс. 5. Схема
а подключчения калибратора-и
измерителля к
термоппреобразо
ователю
Пределы допускаемой поггрешности
и калибратора ИК
КСУ-260L
L при
мператур
ры в комп
плекте с термопре
т
образоваттелями привеизмеррении тем
дены
ы в таблиц
це 2.
Табл
лица 2
Прееделы доппускаемой
й основноой абсолю
ютной поггрешност
ти измереения
э
электрич
еских вел ичин в нор
ормальныхх условияхх
Велличина
Т
ТЭДС
Сопроотивление
Диапазо
он измерен
ния
-10…
…100 мВ
0…
…320 Ом
Пр
редел допу
ускаемой поогрешности
±(7·1
10-5·|E|+3) м
мкВ
±0,02 Ом
Вид верххней панел
ли калибрратора ИК
КСУ-260L
L показанн на рис. 6.
6
7
Риис. 6. Вид верхней
в
паанели кали
ибратора ИКСУ-260
И
0L:
1 – рразъем для измерителльного входда; 2 – разъ
ъем для под
дключения рреле; 3 – ра
азъем
выхоода эмуляциии в виде си
игнала сопрротивленияя; 4 – разъеем выхода эмуляции в виде
сигннала напряж
жения; 5 – разъем дляя обмена данными с ПК
П по интеерфейсу RS
S-232
Дисплей предназн
начен для:
 индикац
ции изм
меренногоо и/или воспроизводимоого знач
чения
физичесской вели
ичины;
жения пунктов
п
ний коннфигацио
онных
 отображ
меню и назван
параметтров;
жения инф
формации
и о текущ
щем режим
ме.
 отображ
Порядокк выполнеения работы
ить термо
опреобраззователь в отверсттие термосстатирую
ющего
1. Помести
блока.
ючить тер
рмпребраззователь с помощ
щью сооттветствую
ющего
2. Подклю
кабеля к разъем
му «Измеерение» измерител
и
ля-калибрратора ИК
КСУ260L.
3. Включи
ить калибр
ратор ИК
КСУ-260L
L, нажав кнопку
к
5 ((рис. 5).
4. Нажать кнопку 8 для входда в Главн
ное меню.
5. В Глаавном меню
м
воойти в режим Измеренния, выбрать
«Сопроттивление» для работы с теермопреоббразоватеелями
«Напряяжение»
или
с
сопроти
ивления
для
работы
термоэллектричесскими прреобразоввателями и нажат
ать кнопк
ку 7.
Прибор перейдетт в режим
м измерен
ния сигнал
ла от преообразоваттеля.
ить пер
реключатеель «Сееть» наа переддней паанели
6. Включи
калибраатора.
7. С помощью кно
опок для изменени
ия уставо
ок на перредней паанели
калибраатора устаановить з начение температу
т
уры t1 (см
м. табл. 4)).
8. После установле
у
ения темп
пературы
ы, измери
ить выходдное знач
чение
сопроти
ивления/н
напряжени
ия, занеести изм
меренное значени
ие в
8
таблицу 3. Повторить п. 7-8 для других значений температуры
(см. табл. 4).
Таблица 3
Экспериментальные и расчетные данные
№ эксп.
Температура
(по калибратору), °С
1
…
7
Сопротивление, Ом
(ТермоЭДС, мВ)
Расчетное значение
температуры, °С
t1
t7
Таблица 4
Варианты индивидуальных заданий
№
вар.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
НСХ
t1
t2
t3
t4
t5
t6
t7
ТХК
ТХА
50П
50М
100П
100М
ТХК
ТХК
ТХА
ТХА
50
50
50
50
50
50
50
64
64
58
60
55
55
55
55
55
55
74
74
68
70
60
60
60
60
60
60
84
84
78
80
65
65
65
65
65
65
94
94
88
90
70
70
70
70
70
70
104
104
98
100
75
75
75
75
75
75
114
114
108
110
80
80
80
80
80
80
124
124
118
Порядок обработки экспериментальных данных
1. Определить величину поправки на температуру свободных концов
Eпопр ТЭП. Значение величины поправки численно равно значению ТЭДС, соответствующей температуре наружных концов и
определяется по таблицам НСХ для ТЭП.
2. Вычислить приведенное значение ТЭДС по формуле:
E пр  Eср  E попр ,
(1)
1. По таблицам НСХ по полученным значениям сопротивлений
и/или ТЭДС определить значение температуры, полученные значения занести в таблицу 3.
2. По данным таблицы 3 построить график зависимости значений
сопротивления/ТЭДС от расчетных значений температуры.
Содержание отчета
Отчет по лабораторной работе должен содержать:
9
1)
2)
3)
4)
5)
6)
теоретические сведения об измерении температуры;
описание лабораторной установки;
порядок выполнения работы;
экспериментальные и расчетные данные;
график искомой зависимости;
ответы на контрольные вопросы.
Контрольные вопросы
1. Перечилите методы измерения температуры, выделите методы,
используемые в измерительных преобразователях.
2. Опишите процесс измерения температуры косвенным методом с
помощью измерительных преобразователей.
3. Как
называется
зависимость
выходного
сигнала
термопреобразователя от измеряемой температуры?
10
Учеебное издаание
Юлиана Констант
АТРОШ
ШЕНКО Ю
К
иновна
КРАВ
ВЧЕНКО Евгений Владимирович
Подпи
исано к печатти 12.11.20133. Формат 60х84/16.
6
Бум
мага «Снегур
урочка».
Печать XEROX.
X
У
Усл.печ.л. 9,01. Уч.-изд
д.л. 8,16.
Заказз . Тираж 5 экз.
Наци
иональный исследоваттельский То
омский пол
литехническкий университетт
Система менеджмеента качеств
ва
Изд
дательства Томского пполитехнич
ческого университетаа сертифицироваана
NA
ATIONAL QUALITY
Q
A
ASSURANCE по стан
ндарту BS E
EN ISO
9001:200
08
. 6334050, г. То
омск, пр. Ленина,
Л
30
Тел
л./факс: 8(3 822)56-35-35, www.tp
pu.ru
11