Расчет медного термометра сопротивления

Целью расчетного задания является формирование умений и навыков в области проектирования (расчета и конструирования) первичных преобразователей для устройств приборов и систем измерения физических (неэлектрических) величин. Расчетное задание выполняется в рамках курса «Методы, средства измерения, испытаний и контроля».

В соответствии с поставленной целью задачами являются:

• исследование технической проблемы на базе анализа научно–технической литературы;
• расчет и проектирование первичного преобразователя, включающее конструирование основных элементов;
• выполнение схематичных чертежей первичного преобразователя;
• разработка и оформление пояснительной записки.

 

 

К достоинствам меди, как материала, применяемого для изготовления чувствительных элементов технических термометров сопротивления типа ТСМ, следует отнести дешевизну, простоту получения тонкой проволоки в различной изоляции, возможность получения проводниковой меди высокой чистоты. Температурный коэффициент электрического сопротивления проводниковой меди лежит в пределах от 4,2·10^-³ до 4,27·10^-³ °С^-¹.

Зависимость электрического сопротивления меди от температуры в широком интервале температур подчиняется уравнению:

,                                         (1.1)

где и – сопротивления данного образца меди (чувствительного элемента медного термометра) соответственно при температуре t и 0°С; α – температурный коэффициент электрического сопротивления, характерный для данного образца медной проволоки, из которого изготовлен ЧЭ термометра.

Температурный коэффициент сопротивления α определяют из значений сопротивлений и чувствительного элемента медного термометра, измеренных соответственно при точке таяния льда и температуре кипения воды. Медная проволока, применяемая для изготовления чувствительных элементов медных термометров ТСМ, имеет температурный коэффициент сопротивления .

Линейный характер зависимости сопротивления меди от температуры является ее достоинством. К числу недостатков меди следует отнести малое удельное сопротивление ( Ом·м) и интенсивную окисляемость при невысоких температурах. В атмосфере инертных газов медь ведет себя устойчиво при более высоких температурах. При установлении верхнего температурного предела применения медного термометра сопротивления необходимо учитывать, какой электрической изоляцией покрыта медная проволока, из которой изготовлен его чувствительный элемент. Термометры сопротивления с ЧЭ, изготовленными из медной проволоки диаметром 0,1 мм, изолированной эмалью, могут быть использованы для длительного измерения температуры не выше 100°С, а из медной проволоки с кремнийорганической или винифлексовой изоляцией – до 180°С.

Медные термометры сопротивления типа ТСМ могут применяться для длительного измерения температуры от –50 до 180°С. По точности они подразделяются на два класса (2 и 3). Номинальные значения сопротивления при 0°С () для термометров типа ТСМ установлены равными 53 и 100 Ом, которым присвоено обозначение градуировки соответственно гр23 и гр24. Допускаемое отклонение сопротивления чувствительного элемента термометра от номинального значения для обоих классов точности составляет ±0,1%. Отношение сопротивлений установлено равным 1,426±0,001 для термометров класса точности 2 и 1,426±0,002 – для термометров класса точности 3.

Из медной проволоки приборостроительная промышленность изготовляет термометры сопротивления типа ТСМ только 3-го класса точности.

Таблица 1 – Допускаемые отклонения

Тип термометра	Класс допускаемого отклонения	Диапазон температур, соответствующий допускаемым отклонениям °С	Значение допускаемого отклонения °С
ТСМ	В	-180 … +200	(0,25°С+3,5×10-3 |t| )
	С	-180 … +200	(0,5°С+6,5×10-3 |t| )

 

Длина ТС должна выбираться исходя из необходимой глубины погружения ТС. Глубина погружения термометра в объект измерения является важным фактором, влияющим на погрешность измерения температуры объекта, возникающую из-за тепловых потерь от ЧЭ в окружающую среду. В стандарте МЭК определен критерий достаточной глубины погружения: при погружении ниже этой глубины ТС должен менять показания не более допуска. Минимальная глубина погружения в высокой степени зависит от условий теплообмена, состава среды (жидкость, газ), скорости потока. Для предварительного выбора необходимой длины ТС предлагается следующая таблица, задающая коэффициент, на который необходимо умножить диаметр корпуса ТС, чтобы получить минимальную глубину погружения.

Таблица 2 – Коэффициент минимальной глубины погружения ТС

Среда	Динамический поток	Статические условия
Жидкая	5 – 10	10 – 20
Воздушная	10 – 20	20 – 40

 

К полученной глубине следует прибавить длину ЧЭ термометра, которая может составлять от 5 до 60 мм. Если диаметр трубы с теплоносителем, в которую должен быть вставлен ТС, меньше рассчитанной минимальной глубины погружения применяют установку ТС под углом к поверхности трубы, или в месте изгиба трубы.

Рисунок 1 – Медный термометр сопротивления типа ТСМ

Чувствительный элемент медного термометра сопротивления типа ТСМ состоит из медной эмалированной проволоки диаметром 0,1 мм, намотанной на пластмассовый каркас, помещённый в металлическую оболочку. Чувствительный элемент размещается в защитной трубке и при помощи выводов диаметром 1,0 – 1,5 мм подключается к зажимам её головки. Обмотка пропитывается антикоррозионным составом и помещается в медную гильзу. В унифицированных конструкциях обмотка изолируется от гильзы фторопластовой плёнкой, а в целях обеспечения виброустойчивости и снижения инерционности свободное пространство в гильзе заполняется порошком окиси алюминия и герметизируется специальной замазкой. Чувствительные элементы унифицированных термометров сопротивления при размещении в защитной арматуре герметизируются компаундом.

Рисунок 2 – Чувствительный элемент медного термометра сопротивления

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

Действие термометров сопротивления основано на свойстве металлов и сплавов изменять сопротивление с изменением температуры. Отметим, что термометры сопротивления лишены ряда недостатков, присущих стеклянно-жидкостным термометрам, показания которых зависят от температуры окружающей среды, депрессии стекол, погрешностей калибровки и др.

Благодаря этому термометры сопротивления применяются при точных измерениях температур, начиная от окрестности абсолютного нуля до    1000° С.

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

 

1. Преображенский, В.П. Теплотехнические измерения и приборы: учеб. для вузов/ В.П. Преобразенский. – М.: Энергия, 1978. – 704 с.
2. Бриндли К. Измерительные преобразователи: справочное пособие: пер. с англ./ К. Бриндли – М.: Энергоатомиздат, 1991. – 144 с.
3. Кулаков, М.В. Технологические измерения и приборы для химических производств: учеб. для вузов/ М.В. Кулаков. – М.: Машиностроение, 1983. – 424 с.
4. Геращенко, О.А. Тепловые и температурные измерения: справочное пособие/ О.А. Геращенко, В.Г. Федоров. – Киев: Наукова думка. – 1965. – 304 с.