Термоэлектрические преобразователи и приборы, работающие в комплексе с ними


Термоэлектрический метод измерения температур основан на строгой зависимости термоэлектродвижущей силы (термо-э. д. с.) термоэлектрического термометра от температуры.

Термоэлектрические термометры широко применяются для измерения температур до 2500°С в различных областях техники и в научных исследованиях. Они могут использоваться для измерения температуры от - 200°С, но в области низких температур термоэлектрические термометры получили меньшее распространение, чем термометры сопротивления. В области высоких температур (выше 1300—1600°С) термоэлектрические термометры находят применение главным образом для кратковременных измерений; для длительного же измерения высоких температур они применяются только в отдельных особых случаях.

Следует иметь в виду, что с ростом температуры возрастает влияние агрессивных свойств среды и продолжительность работы термоэлектрических термометров быстро снижается. Созданию надежных высокотемпературных термоэлектрических термометров для длительного применения уделяется в настоящее время большое внимание как у нас, так и за границей.

К числу достоинств термоэлектрических термометров следует отнести достаточно высокую степень точности, возможность централизации контроля температуры путем присоединения нескольких термоэлектрических термометров через переключатель к одному измерительному прибору, возможность автоматической записи измеряемой температуры с помощью самопишущего прибора, возможность раздельной градуировки измерительного прибора и термоэлектрического термометра.

В основу измерения температур с помощью термоэлектрических термометров положены термоэлектрические явления, открытые Зеебеком в 1821 г. Применение этих явлений к измерению температур основано на существовании определенной зависимости между термо-э. д. с, устанавливающейся в цепи, составленной из разнородных проводников, и температурами мест их соединения. Если взять цепь (рисунок 1), составленную из двух различных термоэлектрически однородных по длине проводников А и В (например, меди и платины), то при подогреве спая 1 в цепи появляется электрический ток, который в более нагретом спае 1 направлен от платины В к меди А, а в холодном спае 2 - от меди к платине. При подогреве спая 2 ток получает обратное направление. Такие токи называются термоэлектрическими. Электродвижущая сила, обусловленная неодинаковыми температурами мест соединения 1 и 2, называются термоэлектродвижущей силой, а создающий ее преобразователь — термоэлектрическим первичным преобразователем или термометром (употреблявшееся название — термопара).

Для объяснения механизма возникновения термо- э. д. с. воспользуемся электронной теорией, которая основывается на представлении о наличии в металлах  свободных электронов. В различных металлах плотность свободных электронов  (число электронов  в  единице объема) неодинакова.

Рисунок 1 - Термоэлектрическая цепь из двух различных однородных проводников (t t0). Вследствие этого в местах соприкосновения двух разнородных металлов, например, в спае 1 (рис.1), электроны будут диффундировать из металла А в металл В с меньшей плотностью свободных электронов в большем количестве, чем обратно из металла В в металл А. Возникающее при этом в месте соединения электрическое поле будет препятствовать этой диффузии, и когда скорость диффузионного перехода электронов станет равна скорости их обратного перехода под влиянием установившегося определенного поля, наступит состояние подвижного равновесия. При таком состоянии между металлами А и В возникает некоторая контактная разность потенциалов. Так как плотность свободных электронов зависит также и от температуры места соединения металлов А и В, то в месте соприкосновения этих проводников при любых температурах возникает э. д. с., называемая контактной термо-э. д. с, значение и знак которой зависят от природы металлов А и В и температуры t места их соприкосновения.

eAB(t)=f(t)

В замкнутой цепи (рис.1) из двух разнородных проводников А и В (например, меди и платины), когда t t0, появляется, как было сказано выше, термоток. Направление этого тока в спае 2 определяет знак как самого проводника, так и термо-э. д с. Положительным называют тот термоэлектрод, от которого ток идет в спае, имеющем температуру t0 t, отрицательным — к которому ток идет В том же спае. Так как в рассматриваемой цепи ток направлен в спае 2 от А к В (от меди к платине), то термоэлектрод А — термоположительный, а В термоотрицательный. Порядок написания термоэлектродов АВ в индексе символа контактной термо-э. д. с. еАВ указывает на направление тока в спае 2 и поэтому термоэлектрод, написанный в индексе первым - положительный, а вторым - отрицательный.

При изменении температуры спаев 1 и 2 (рис.1) (t0 t), направление термотока в спаях этой цепи изменяется, но знак термоэлектрода А при этом остается прежним, так как в спае 1 ток, как и раньше, направлен от А к В.

На основании закона Вольта в замкнутой цепи, состоящей из двух разнородных проводников А и В, когда температуры мест их соединения одинаковы (t0 = t) и отсутствуют посторонние э. д. с, термотока не возникает. Вследствие этого необходимо принять, что возникающие при этом контактные термо-э. д. с. в местах соединения 1 и 2 равны между собой, но различны по знаку, и поэтому суммарная термо-э. д. с. Е цепи равна нулю:

Сказанное выше приводит к выводу, что термо-э. д. с, возникающая в термоэлектрической цепи (рис.1), зависит лишь от температуры мест соединения 1 и 2 различных термоэлектрически однородных по всей длине проводников А и В и от их природы и не может зависеть от распределения температур в каждом ее отдельном термоэлектрически однородном проводнике. Однако получить на практике термоэлектрически однородные по всей длине проводники, особенно из сплавов неблагородных металлов, не легко. Необходимо также иметь в виду, что и химически однородный проводник становится источником паразитных термо-э. д. с, когда его части отличаются друг от друга физическим состоянием. Например, термо-э. д. с. термоэлектрического термометра может измениться, если термоэлектроды подвергаются действию магнитного поля или механическим воздействиям (сжатию, растяжению, кручению). Следует обратить внимание и на то, что металлы в отпущенном состоянии обычно имеют иное значение термо-э. д. с, чем в закаленном. Это особенно проявляется у сплавов. Местные загрязнения термоэлектрода также изменяют его термоэлектрические свойства. Если термоэлектрический термометр будет изготовлен из электродов с некоторой степенью термоэлектрической неоднородности, то при погружении в среду с неравномерным температурным полем образующиеся в нем паразитные термо-э. д. с. будут искажать его суммарную термо-э. д. с. тем больше, чем больше степень их неоднородности. Значение паразитной термо-э. д. с. зависит также и от степени неравномерности температурного поля среды.

На основании вышеизложенного мы можем написать основное уравнение термоэлектрического термометра, выражающее в общем виде зависимость суммарной термо-э. д. с, возникающей в цепи из двух разнородных термоэлектродов А и В, от температуры мест их соединения:

т. е. термо-э. д. с. термоэлектрического термометра (цепи из двух разнородных; проводников), места соединений которых имеют разные температуры, равна разности контактных термо-э. д. с.

Для измерения термо-э. д. с. термоэлектрического термометра в его цепь необходимо включить измерительный прибор. Для этого необходимо либо разорвать термоэлектрическую цепь в спае 2 (рис.1), либо разорвать один из термоэлектродов, например, В, и с помощью проводов С включить измерительный прибор (ИП) (рис.2).

В первом случае (рис. 2, а) у термоэлектрического термометра будет три конца: рабочий 1, погружаемый в среду, температура которой измеряется, и свободные 2 и 3, которые должны находиться при постоянной температуре (t0 = const). Во втором случае (рис2, б), у термоэлектрического термометра окажется четыре конца: рабочий 1, свободный 2 и нейтральные 3 и 4. Концы 3 и 4 должны иметь одну и ту же температуру t1 абсолютное значение которой роли не играет.

Несмотря на отличие схем рис.2, а и б термо-э. д. с, развиваемая термоэлектрическими термометрами, в обоих случаях будет одинакова, если будут одинаковы термоэлектроды А и В, а также температуры рабочих и свободных концов, так как термо-э. д..с. термометра, как было показано выше, не изменяется от введения в его цепь нового проводника, если температуры концов проводника одинаковы.

В ряде случаев бывает необходимо измерить разность температур. Подобные измерения осуществляются путем применения термоэлектрического термометра, состоящего также из двух термоэлектродов А и В, но у которого оба конца являются рабочими. Такой термоэлектрический термометр обычно называют дифференциальным. Схема включения измерительного прибора в цепь дифференциального термометра представлена на рисунке 3. Рабочие концы дифференциального термоэлектрического термометра 1 и 2 погружают в среды, разность температур которых измеряют. При этом температура нейтральных концов 3 и 4 должна быть одинакова.

Следует также отметить, что, измеряя разность температур с помощью дифференциального термоэлектрического термометра, необходимо знать одну из температур, например t2, так как термо-э. д. с. термометра в зависимости от температуры изменяется не по линейному закону. При измерении температуры t2 места соединений 4 и 5 будут являться свободными концами, и они должны находиться при постоянной температуре (t0 = const). Вследствие этого при измерении как разности температур t1 — t2, так и температуры t2, свободные концы 3, 4 и 5 должны находиться при постоянной температуре t0. Измерив разность термо-э. д. с. ΔЕ дифференциального термометра (переключатель П в положении 3), а также термо-э. д. с. Е2, соответствующую температуре 4 (переключатель П в положении 5), определяют разность температур Δt = = t1-t2, пользуясь соответствующим участком градуировочной кривой или таблицы.

Рисунок 2 - Схемы включения измерительного прибора в цепь термоэлектрического термометра

а - в свободные концы;  б — в термоэлектрод

Рисунок 3 - Схема включения измерительного прибора в цепь дифференциального термоэлектрического термометра

Для измерения малых разностей температур в целях получения большей термо-э. д. с. и повышения чувствительности применяют термобатарею, т. е. несколько последовательно соединенных термоэлектрических преобразователей.

По характеру термоэлектродных материалов термоэлектрические термометры подразделяют на две группы: термоэлектрические термометры с металлическими термоэлектродами из благородных и неблагородных металлов; термоэлектрические термометры с термоэлектродами из тугоплавких соединений или их комбинаций с графитом и другими материалами.

Термоэлектрические термометры первой группы являются наиболее распространенными, они широко вошли в практику технологического контроля и научно-исследовательских работ.

Термоэлектрические термометры второй группы в настоящее время являются больше объектами опытно-исследовательских работ, чем средством технологического контроля температур. Внедрению этих высокотемпературных термоэлектрических термометров в широкую практику препятствуют трудность обеспечения стабильности их термо-э. д. с. во времени и недостаточная взаимозаменяемость. В то же время термоэлектрические термометры этой группы представляют большой практический интерес.

Термоэлектрические термометры с термоэлектродами из благородных металлов, главным образом платиновой группы, широко применяют для измерения температур в области от 300 до 1800°С. Ниже рассмотрим наиболее распространенные термоэлектрические термометры платиновой группы.

Платинородий-платиновые термоэлектрические термометры применяются для измерения температур в области 300—1600°С в окислительной и нейтральной среде. Для измерения отрицательных температур платинородий-платиновые термоэлектрические термометры не применяются, так как их термо-э. д. с. в этой области меняется немонотонно. Платинородий-платиновые термометры находятся в числе лучших термоэлектрических термометров по точности и воспроизводимости термо-э. д. с. Положительным термоэлектродом у этих термометров является платинородий (сплав 90% Pt и 10% Rh), отрицательным — чистая платина. Термоэлектроды платино-родий-платиновых термоэлектрических термометров изготовляют обычно из проволоки диаметром 0,5 мм. Такой диаметр термоэлектродов общепринят для термометров платиновой группы, так как он удовлетворяет условиям достаточной прочности, и стоимость таких термометров не слишком велика.

Рабочие платинородий-платиновые термоэлектрические термометры ТПП применяют в промышленности для измерения температуры газовых сред в тех случаях, когда термоэлектрические термометры с электродами из неблагородных металлов не удовлетворяют необходимым требованиям. Платинородий-платиновые термоэлектрические термометры ТПП (градуировка ПП) при применении их в промышленности позволяют производить более точное измерение температуры, чем термометры с электродами из неблагородных металлов.

Термоэлектрические термометры ТПП, электроды которых находятся в механически ненапряженном состоянии, могут применяться в указанном выше диапазоне температур в окислительной (воздушной) и нейтральной средах. При измерении температур в промышленности создать такие условия не всегда представляется возможным. В большинстве случаев в печных газах имеются составные части, содержащие серу, которые при высоких температурах могут вызвать загрязнение электродов и порчу термометра. К загрязнению и порче рабочего конца термоэлектрического термометра ТПП приводит также соприкосновение электродов с углеродом и его соединениями. Загрязнение электродов термометра кремнием даже в небольших количествах делает платиновый электрод хрупким. Источником загрязнения электродов кремнием часто бывают керамические детали арматуры термометра. Устранить опасность загрязнения электродов термоэлектрического термометра кремнием можно лишь применением защитной керамики из окиси алюминия. Восстановительные газы при высоких температурах гибельно действуют на платину, вызывая значительное изменение термо-э. д. с. термометра.

На изменение термо-э. д. с. термоэлектрического термометра действует большинство загрязнений металлами, однако не все из них делают платиновый электрод  хрупким. В качестве примера можно привести медь, которая, загрязняя электроды и вызывая большое изменение термо-э. д. с. термометра, не оказывает заметного влияния на эластичность электродов.

Следует отметить, что даже «газонепроницаемые» защитные гильзы арматуры термоэлектрического термометра при высоких температурах не могут длительное время препятствовать проникновению газов, паров металлов или летучих соединений металлов.

По результатам спектрального анализа платинового электрода термоэлектрических термометров ТПП, длительно находящихся при высоких температурах (t 1200°С) в воздушной среде, многими исследователями было обнаружено наличие родия. При этом присутствие родия в платиновом электроде термометров тем больше, чем выше температура, при которой находились они. Перенос родия из одного электрода в другой обусловлен испарением его с поверхности платинородиевого электрода термометра и поглощением паров родия при высоких температурах платиновым электродом. Перенос родия из платинородиевого в платиновый термоэлектрод приводит к уменьшению термо-э.д. с. термоэлектрического термометра ТПП.

Термоэлектрические термометры с электродами из неблагородных металлов широко применяются для измерения температур жидкостей, газов, пара, поверхностей нагрева и в ряде других случаев. Некоторые из них применяют также для кратковременных измерений температуры расплавленных металлов. Термоэлектрические термометры с электродами из неблагородных металлов сравнительно дешевы и в большинстве случаев развивают большую термо-э. д. с, чем термометры платиновой группы.

Получение стандартной градуировочной характеристики термоэлектрических термометров с электродами из сплавов неблагородных металлов является достаточно трудной задачей, несмотря на то, что при изготовлении термоэлектродных проволок уделяется большое внимание их составу и термоэлектрической однородности по всей длине. Для обеспечения стандартной градуировки, например, термоэлектрических термометров из сплавов хромель Т, алюмель и копель (ГОСТ 492-73) применяют специальный способ комплектования термоэлектродов (ГОСТ 1790-63). Проволоку для электродов термоэлектрических термометров из сплавов хромель Т, алюмель и копель подвергают испытанию в паре с чистой платиной, производя измерение термо-э. д. с. проволоки в паре с платиной в интервале от 100 до 800 или до 1200СС в зависимости от сплава проволоки. Полученные в результате измерений данные позволяют разделить термоэлектродную проволоку из сплавов хромель Т, алюмель и копель по значению термо-э. д. с. при температуре свободных концов t0 = 0°С на четыре класса.

Хромель-копелевые термоэлектрические термометры типа ТХК широко применяются для измерения температур различных сред.

Для изготовления положительного термоэлектрода используется хромель Т, представляющий собой жаропрочный немагнитный сплав на никелевой основе (89% Ni + 9,8o/oCr+10% Fe + 0,2% Mn). Отрицательный термоэлектрод - копель, сплав из меди и никеля (56% Си + + 44% Ni). Верхний температурный предел длительного применения термоэлектродов из копелевой проволоки в зависимости от ее диаметра лежит в пределах 500—600°С при работе в атмосфере чистого воздуха (ГОСТ 1790-63). Невысокий температурный предел применения объясняется тем, что копелевая проволока, содержащая медь, сравнительно быстро окисляется при высоких температурах, и вследствие этого происходит изменение термо-э. д. с. термоэлектрода. Термоэлектрические термометры ТХК развивают наибольшую термо-э. д. с. по сравнению с другими типами термометров .

Хромель-алюмелевые термоэлектрические термометры типа ТХА широко применяются для измерения температуры газовых сред, пара и жидкостей. Положительным термоэлектродом является хромелевая проволока, отрицательным служит алюмель, представляющий собой магнитный сплав на никелевой основе (94% Ni + + 2% А1 + 2,5% Mn + 1% Si + 0,5% примеси). Термоэлектрические термометры ТХА обладают лучшей сопротивляемостью окислению, чем другие термометры из неблагородных металлов, при работе в воздушной среде. Опыт работы с термоэлектрическими термометрами показал, что алюмелевый электрод при температуре, близкой к 1000°С, менее устойчив к окислению, чем хромелевый. Верхние температурные пределы применения хромелевой и алюмелевой термоэлектродной проволоки устанавливаются в зависимости

Медь константановые термоэлектрические термометры ТМК приборостроительной промышленностью не изготовляются, но они находят применение в лабораторной практике, а иногда в промышленности для измерения температур от —200 до +350°С. Медь обладает большим постоянством термоэлектрических свойств, но имеет самый низкий верхний температурный предел при длительном применении. Это объясняется тем, что медь, а также сплавы, содержащие медь, сравнительно быстро окисляются в воздушной среде при более высокой температуре. При кратковременном применении в окислительной среде медь в паре с константаном или копелем может быть использована до 500°С. В вакууме медь-константановые термоэлектрические термометры допускают измерения до 700—800°С. Отрицательный термос-электрод — константан представляет собой сплав (60% Си + 40% Ni), близкий по своему составу к копелю.

Медь-константановый термоэлектрический термометр при температуре рабочего конца t = 100°С и свободных концов t0 = 0°С развивает термо-э. д. с. около 4,1 мВ, а при t = —200°С и t0 = 0°С термо-э. д. с. равна примерно —5,54 мВ.

Медь-константановые термоэлектрические термометры в интервале от —200 До 0°С применяются в качестве образцовых 2-го разряда для поверки рабочих средств измерений, предназначенных для измерения низких температур.

Доверительная погрешность образцового медь-константанового термоэлектрического термометра, равная удвоенному значению среднего квадратического отклонения результата измерений, составляет 0,1—0,2°С.

Термоэлектрические термометры с электродами на основе вольфрама, рения, молибдена и их сплавов. Термоэлектрические термометры этой группы сначала были предложены главным образом для кратковременных измерений температуры расплавленных металлов.

Стремление создать  высокотемпературные термоэлектрические термометры из более дешевых и менее дефицитных тугоплавких металлов экономически целесообразно. Кроме того, создание высокотемпературных термоэлектрических термометров при современных требованиях промышленности является и необходимостью, так как контактный метод измерения температуры жидких металлов обеспечивает более высокую точность измерения, чем методы измерения температуры тел по их излучению. Термоэлектрические термометры с электродами из вольфрамрениевого сплава находят широкое применение.

Термоэлектрические термометры с электродами из волокнистого углерода могут применяться для измерения температур до 1300°С и выше в углеродосодержащих средах. Электроды этих термоэлектрических термометров, сделанные путем пиролиза вискозного кордного волокна, содержат 99,4% углерода (остальное — бор, водород и другие примеси). Для получения термоэлектродной пары образцы из волокнистого углерода подвергаются различной термообработке.

Для защиты от механических повреждений и воздействия среды, температура которой измеряется, электроды термоэлектрического термометра, армированные изоляцией, помещаются в специальную защитную арматуру. У рабочих термоэлектрических термометров (рис.4), применяемых для измерения температуры различных сред, арматура состоит из защитной гильзы 1, неподвижного 2 или передвижного штуцера с сальниковым уплотнением и головки 3, соединенной с неподвижным штуцером с помощью трубки 6 или непосредственно с гильзой при передвижном штуцере. В головке, снабженной крышкой и патрубком 5 с сальниковым уплотнением, помещена розетка 4 из изоляционного материала с зажимами для присоединения термоэлектродов 7 и проводов, соединяющих термометр с измерительным прибором или преобразователем. Длина погружаемой (монтажной) части L в среду, температуру которой измеряют, выполняется различной для каждого конкретного типа термоэлектрического термометра.

Рисунок 4 - Конструктивная схема термоэлектрического термометра

 Прежде чем рассматривать различные конструктивные формы термоэлектрических термометров, целесообразно установить некоторые общие требования, которым должна удовлетворять изоляция термоэлектродов, защитная арматура и конструкция термометров для обеспечения надежной их работы. Эти требования в основном сводятся к следующему:

1. Должно быть обеспечено изготовление надежного спая рабочего конца термоэлектрического термометра.

2.Необходимо обеспечить надежную электрическую изоляцию термоэлектродов термометра. При этом изоляция не должна загрязнять термоэлектроды в диапазоне измеряемых температур.

3. Защитная арматура, придающая термоэлектрическому термометру механическую стойкость, должна выбираться с учетом параметров среды, ее свойств и условий измерения температуры. Защитная гильза арматуры термометров в пределах измеряемых температур должна быть газонепроницаемой и нечувствительной к действию резких изменений температуры. Материал защитной гильзы не должен загрязнять термоэлектродов термометра в интервале измеряемых температур.

4. Конструкция арматуры термоэлектрического термометра должна быть такой, чтобы его электроды не находились в механически напряженном состоянии, так как при этих условиях они быстрее изменяют первоначальные термоэлектрические свойства.

5. Головка термоэлектрического термометра должна быть снабжена надежными уплотняющими устройствами, исключающими возможность попадания во внутреннюю ее полость и в гильзу влаги и пыли.

6. Конструкция термоэлектрических термометров для измерения средних и высоких температур различных сред должна обеспечивать возможность в условиях эксплуатации свободно извлекать электрически изолированные термоэлектроды из защитной гильзы для их периодической поверки, а в случае необходимости осуществлять и их замену.

7. Конструкция гильзы термоэлектрических термометров для измерения низких температур должна обеспечивать ее герметичность.

8. Конструкция термоэлектрических термометров лабораторных (повышенной точности) должна обеспечивать возможность термо-статирования свободных концов.

9. Необходимо, чтобы материал защитной гильзы обладал хорошей теплопроводностью, конструкция термоэлектрического термометра была компактной, а теплочувствительная часть его имела как можно меньшие массу и воздушную прослойку между рабочей частью термоэлектродов и электрической изоляцией, а также защитной гильзой. Спай рабочего конца должен иметь хороший тепловой контакт с нижней частью защитной гильзы. Показатель тепловой инерции термоэлектрического термометра, определяемый согласно ГОСТ 6616-74 при определенном значении коэффициента теплоотдачи, характеризует инерционность термометра только при данных условиях теплообмена. Динамические свойства термоэлектрических термометров, необходимые в некоторых случаях для практики, следует характеризовать передаточной функцией.

Термоэлектрические термометры выпускаются с различной степенью устойчивости к механическим воздействиям (обыкновенные и виброустойчивые) и могут изготовляться во взрывозащищенном исполнении (ГОСТ 6616-74).

Термоэлектрические термометры, предназначенные для измерения температуры среды, находящейся под давлением, близким к атмосферному, или под избыточным давлением, имеют различные конструктивные формы. Для термоэлектрических термометров ТПП, ТПР, ТХА и ТХК, выпускаемых серийно Луцким приборостроительным заводом, используется унифицированная конструкция защитной арматуры, разработанная НПО «Термсприбор».

Электроды термоэлектрических термометров ТХА-0515 и ТХК-0515 изготовляют из проволоки диаметром 1,2 мм. Они по всей длине изолированы керамикой. Для обеспечения вибростойкости свободное пространство между изолированными электродами и внутренней стенкой гильзы заполнено сухим керамическим порошком, и гильза загерметизирована эпоксидным компаундом. Рабочий конец термометров изолирован от защитной гильзы керамическим наконечником.

Магнитоэлектрические милливольтметры широко применяют для измерения температур в комплекте с термоэлектрическими термометрами, а также с другими преобразователями, рассматриваемыми ниже.

Магнитоэлектрические милливольтметры основаны на использовании сил взаимодействия между постоянным током, протекающим по проводнику (обмотке подвижной рамки), и магнитным полем постоянного неподвижного магнита. Сила, действующая на проводник, направлена всегда нормально к направлению тока и к направлению магнитного поля. Для определения направления этой силы обычно пользуются правилом левой руки. Направление силовых линий проводника с током определяется известным правилом буравчика.

Автоматические потенциометры широко применяются в различных отраслях промышленности для измерения и записи температуры в комплекте с термоэлектрическими термометрами, а также с телескопами (первичными преобразователями) пирометров полного излучения. Они одновременно могут быть использованы для измерения, записи и сигнализации или регулирования температуры. В этом случае потенциометры снабжаются дополнительным устройством для сигнализации или регулирования температуры. Некоторые модификации одноточечных потенциометров выпускаются с передающими преобразователями для дистанционной передачи измерительной информации. Автоматические потенциометры находят также широкое применение и для измерения других величин (давления, расхода, уровня и т. д.), изменение которых может быть преобразовано в изменение напряжения постоянного тока, Отличительной особенностью устройства автоматических потенциометров от рассмотренных выше переносных и лабораторных является то, что регулирование компенсирующего напряжения, а следовательно, и уравновешивание измеряемой термо-э. д. с. термометра или напряжения, осуществляемое перемещением движка по калиброванному реохорду, производится не вручную, а автоматически с помощью непрерывно действующего следящего устройства.

Схема автоматического потенциометра со следящей системой, работающей непрерывно, показана на рисунке 5.

Рисунок 5 - Схема автоматического потенциометра со следящей системой

Сигнал небаланса преобразуется во входном устройстве в электрический сигнал переменного тока и усиливается усилителем до значения, достаточного для приведения в действие реверсивного двигателя РД, выходной вал которого будет вращаться в направлении, зависящем от полярности сигнала. Выходной вал реверсивного двигателя через систему кинематической передачи воздействует на движок реохорда измерительной схемы ИС, изменяя компенсирующее напряжение Uк.н до тех пор, пока оно не уравновесит измеряемую термо-э. д. с. Е (t, t0). Одновременно приводится в движение каретка с указателем и пером Кр (или печатающим устройством в многоточечных приборах), фиксируя значение измеряемой температуры (термо-э. д. с). Любые последующие изменения измеряемой термо-э. д. с. снова приводят в действие реверсивный двигатель, который с помощью движка реохорда измерительной схемы изменяет компенсирующее напряжение до значения, равного новому значению измеряемой термо-э. д. с, и приводит в движение каретку с указателем и пером, фиксируя новое значение измеряемой температуры.

Таким образом, в автоматических потенциометре усилитель выполняет функции нуль-органа и осуществляет одновременно усиление по напряжению и мощности сигнала разбаланса, поступающего от измерительной схемы, до значения, достаточного для приведения в действие реверсивного двигателя, являющегося исполнительным механизмом следящей системы прибора.

Привод механизма продвижения диаграммной бумаги блока записи БЗ осуществляется синхронным двигателем СД, а в многоточечных приборах этот двигатель приводит в действие, кроме того, печатающее устройство каретки и двухполюсный переключатель термоэлектрических термометров.

Следящая система прибора, работающая непрерывно, используется также в безреохордных автоматических потенциометрах.

Рассматриваемые ниже автоматические потенциометры являются техническими общепромышленными приборами высокого класса точности. Они бывают показывающие, показывающие и самопишущие с записью на дисковой и ленточной диаграмме. Приборы с дисковой диаграммной бумагой служат для измерения и записи температуры в одной точке. Потенциометры с ленточной диаграммой изготовляются как одноточечные, так и многоточечные для измерения и записи температуры в нескольких (2, 3, 6 и 12) точках.

Приборы самопишущие одноточечные снабжаются пером или другим устройством, которое записывает непрерывной линией на движущейся диаграммной бумаге значение измеряемой температуры.

Многоточечные самопишущие приборы снабжаются кареткой с печатающим механизмом для многоцветной или одноцветной записи и двухполюсным переключателем, автоматически подключающим к измерительной схеме поочередно все присоединенные к прибору термоэлектрические термометры. После наступления компенсации печатающий механизм каретки отпечатывает точку с цифрой, обозначающей номер термометра, термо-э. д. с. которого в данный момент измеряется. Переключатель автоматически присоединяет к измерительной схеме прибора следующий термометр. Таким образом, запись измеряемой температуры осуществляется последовательностью точек с цифрами, которая при правильном выборе длительности цикла (времени между двумя последовательными отпечатками) и скорости движения диаграммы однозначно определяет непрерывную зависимость измеряемой температуры от времени.

Автоматические потенциометры в зависимости от их назначения выпускаются с градуировкой шкалы в градусах Цельсия и в единицах напряжения, обычно в милливольтах. При применении потенциометров с температурной шкалой необходимо иметь в виду, что их шкала действительна только для указанного на циферблате обозначения градуировки, а следовательно, и для определенного термоэлектрического термометра.



Предыдущие материалы: Следующие материалы: