Градуировка термопары

Лаборатория технических измерений

Работа № 3. Градуировка термопары

 

• Цель работы.

1. Ознакомиться с принципом действия и конструкцией термопар

2. Провести градуировку хромель-копелевой термопары.

 

• Номер рабочей термопары.
• Тип термопары.
• Предел измерения термопары.
• Эскиз термопары. (Рис 1, Рис. 2)

Рисунок 1. - Электрическая схема термопары	Рисунок 2 - Схема включения  измерительного прибора  в цепь термопары: а – прибор в месте холодного спая; б – прибор в цепи электрода.

 

 

 Принцип работы термопары.

• Компенсационные провода подходящие для термопары и их обозначение.

Для правильной оценки температуры по шкале измерительного прибора свободные концы термопреобразователя «переносят» с помощью термоэлектродных проводов в место с более постоянной температурой, чтобы в дальнейшем автоматически или вручную вводить поправку на температуру свободных концов.

В большинстве случаев  жилы термоэлектродных проводов изготавливают  из материалов, которые при соединении между собой развивают термо-ЭДС, одинаковую с термо-ЭДС термоэлектрического преобразователя.

Термоэлектродный провод необходимо подсоединять непосредственно  на зажимы измерительного прибора (преобразователя).

Токопроводящие жилы термоэлектродных проводов изготавливают  из металла и сплава или пары сплавов, условные обозначения которых указаны в табл. 1.

 

 

 

 

Таблица 1. Материалы термоэлектродных проводов и их условные обозначения

Марка провода	Металл и сплав или  пара сплавов	Обозначение
ПТВ, ПТГВ, ПТВО, ПТГВО, ПТВП, ПТП, ПТВЭ	Медь – константан Медь – медио-никелевый сплав ТП Хромель – копель Медь – копель	М П ХК МК
ПТГВ	Медь – медно-никелевый сплав МН-2,4	М–МН
ПТВ, ПТФЭ	Сплав никель – медь Сплав медь – титан	НМ МТ
ПТФДЭ	Сплав никель – медь Сплав медь – титан	НМ МТ

 

Для обозначения соответствующего металла или сплава жил провода изоляция из поливинилхлоридного пластиката в проводах марок ПТВО, ПТГВО или цветные нити в обмотке и оплетке проводов марок ПТП, ПТПЭ, ПТФ, ПТФДЭ имеют разную расцветку:

Медь	Красная или розовая	ТП	Зеленая
Хромель	Фиолетовая или черная	МП-2,4	Синяя или голубая
Копель	Желтая или оранжевая	НМ.	Красная + синяя (комбинированная)
Константан	Коричневая	МТ	Красная + зеленая на белом  фоне

 

 

Для проводов марок ПТВ, ПТГВ, ПТВП на поверхности изоляции жил наносятся продольные риски  по всей длине провода:

Обозначение пары жил проводов	Расцветка изоляции	Металл или  сплав жилы, отмечаемой риской
М	Коричневая	Медь
П	Зеленая	Медь
ХК	Фиолетовая или черная	Хромель
МК	Желтая или оранжевая	Медь
М –МН	Синяя или голубая	Медь

 

Рекомендуемые провода термоэлектродные для термопар приведены ниже:

Наименование	Обозначение пары жил	Тип термопары
Медь – константан	М	Хромель – алюмель
Медь – ТП	П	Платинородий – платина
Медь – копель	МК	Медь – копель
Хромель – копель	ХК	Хромель – копель
Медь-титан – никель-медь	МТ – НМ	Хромель – алюмель
Медь – МН-2,4	М – МН	Вольфрам – рений (ВР 5-20)

 

Термоэлектрические преобразователи  типа ТПР применяют без термоэлектродных проводов.

 

 

• Виды вторичных приборов работающих с термопарой.

 

Вторичные измерительные  приборы, предназначенные для работы с первичными преобразователями температуры, наиболее широко представлены в Государственной системе промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП).

Рассмотрим устройство и прицип действия наиболее широко применяемых  приборов, используемых в качестве вторичных в комплекте с первичными измерительными преобразователями температуры.

 

• Принцип работы милливольтметра.

 

Милливольтметры служат для измерения  температуры в комплекте с  термоэлектрическими преобразователями.

На рис. 4 показана принципиальная электрическая схема милливольтметра.

Милливольтметр представляет собой  магнитоэлектрический прибор, в котором  протекание тока через рамку, помещенную в поле постоянного магнита, вызывает поворот ее на угол, пропорциональный току, а следовательно, измеренной термо-ЭДС.

В общем случае вращающий момент, возникающий в рамке, будет пропорционален напряженности магнитного поля Н в зазоре постоянного магнита, активной длине l, ширине b, числу витков п рамки, а также току I: М = f(H,I,l,b,n)

 

Рис. 4. Принципиальная электрическая  схема милливольтметра

 

С учетом постоянных напряженности  магнитного поля и геометрических размеров элементов можно считать, что M = c₁I

Конструктивно милливольтметр состоит  из постоянного магнита с плюсовыми  наконечниками и концентрично расположенного между ними неподвижного железного сердечника. В узком воздушном зазоре между ними располагается (охватывая сердечник) подвижная рамка r. Рамка скреплена с указателем. При повороте рамки возникает противодействующий момент спиральных пружинок, уравновешивающий магнитоэлектрический момент.

Угол поворота рамки зависит  также от внутреннего электрического сопротивления милливольметра, которое  подстраивается до паспортного значения с помощью добавочного сопротивления R_Д, включенного последовательно с подвижной рамкой.

Для компенсации влияния изменения  температуры окружающей среды на показания милливольметра служит терморезистор R_TC с отрицательным температурным коэффициентом, зашунтированный манганиновой катушкой R_Ш.

Для правильного измерения  термо-ЭДС термоэлектрическим преобразователем необходимо, чтобы общее сопротивление электрической цепи, по которой протекает ток, имело постоянное значение.

Сопротивление прибора  при неизменной температуре окружающей среды практически постоянно.

Сопротивление внешней  цепи (термоэлектродного провода  к термоэлектрическому преобразователю) милливольметра должно быть равно 5 или 15, Ом (указано на шкале прибора).

Основные технические  требования, предъявляемые к милливольтметрам, изложены в ГОСТ 9736-80 «Приборы электрические прямого преобразования для измерения неэлектрических величин ГСП. Общие технические условия».

Наибольшее распространение  в настоящее время имеют показывающие милливольтметры типа Ш4500 и милливольтметры показывающие и регулирующие двух-позиционные типа Ш4501.

 

• Принцип работы потенциометра.

 

Автоматические потенциометры  предназначены для измерения  температуры при работе в комплекте с термоэлектрическими преобразователями.

В основу работы потенциометров положен компенсационный метод измерения термо-ЭДС термоэлектрических преобразователей.

Для измерения термо-ЭДС  преобразователя в потенциометрах используется мостовая потенциометрическая  схема, в которой измеряемая термо-ЭДС  компенсируется падением напряжения на калиброванном переменном регулируемом резисторе при прохождении через него определенного рабочего тока.

С учетом особенностей измерения  термо-ЭДС термопары преобразователя (изменение термо-ЭДС при различных температурах ее свободного конца) в мостовой потенциометрической схеме имеется сопротивление, которое автоматически вводит поправку. Сопротивление изготовлено из медной проволоки и расположено в месте подключения термоэлектродных проводов. от термоэлектрического преобразователя. В результате медное сопротивление и свободные концы термопары находятся при одинаковой температуре и изменение термо-ЭДС термопары за счет изменения температуры свободных концов компенсируется изменением падения напряжения на медном сопротивлении вследствие изменения этого сопротивления.

На рис. 5 приведена принципиальная электрическая схема потенциометра. Эта схема является общей для большинства типов потенциометров.

Схема питается от источника  стабилизированного напряжения ИПС. Резисторы R_p, R_ш, R_H, R_n, R_б, R выполнены в виде катушек из манганиновой проволоки. К резисторам R_H и R_n добавлены резисторы r_н и r_п в виде спиралей из манганиновой проволоки, предназначенные для корректировки нуля и диапазона измерения прибора соответственно.

При неизменных рабочем  токе и сопротивлении ветвей ВАГ и ВБГ напряжение между точками А и Б зависит только от положения подвижного контакта резистора R_p, Перемещение контакта переменного резистора происходит автоматически при нарушении разбаланса схемы от изменения термо-ЭДС термоэлектрического преобразователя.

Одновременно с перемещением подвижного контакта изменяется положение  указателя шкалы прибора.

Напряжение между точками А' и А" определяет диапазон измерений прибора.

Резистор R_м выполнен из медной проволоки и служит для компенсации изменения температуры свободных концов термоэлектрического преобразователя.

Рис. 5. Принципиальная электрическая  схема потенциометра

 

Измерительный мост потенциометра  состоит из следующих сопротивлений:

R_p – регулируемого резистора;

R_ш – сопротивления шунта;

R_H и r_н – постоянного и переменного сопротивлений для регулировки начала шкалы;

R_n и r_п – постоянного и переменного сопротивлений для регулировки предела шкалы;

R_б – балластного сопротивления;

R_м – сопротивления из медной проволоки;

R_K – сопротивления контрольного;

R – постоянного сопротивления.

Действие компенсационного медного сопротивления заключается  в том, что при изменении температуры свободных концов термоэлектрического преобразователя на сопротивлении R_м появляется дополнительное падение напряжения, компенсирующее изменение термо-ЭДС, вызванное изменением температуры свободных концов преобразователя. Таким образом, компенсация изменения температуры свободных концов преобразователя осуществляется автоматически.

Для устранения влияния  помех, возникающих в цепи термоэлектрического  преобразователя, на вход прибора подключены конденсаторы C₁ и С₂.

Сопротивление R_K служит для контроля напряжения питания измерительного моста путем измерения падения напряжения на этом сопротивлении.

 

•  Тарировочный график термопары U[В]=f(t[ºC]).

 

 

 

 

 

 

 

 

 Стандартная градуировочная таблица данного типа термопары (до 100 ºC).

• Назначить тип потенциометра КСП3-П, КСП3-ПИ, КСП3-У, КСП3-УИ по градуировке термопары.
• По электрической принципиальной схеме выбранного потенциометра установить принцип его работы.