Методы измерения температуры подшипников и выхлопных газов в судостроении

Термоэлектрические термометры выпускаются двух типов: погружаемые, поверхностные. Промышленность изготавливает устройства различных модификаций, отличающихся по назначению и условиям эксплуатации, по материалу защитного чехла, по способу установки термометра в точке измерения, по герметичности и защищенности от действия измеряемой среды, по устойчивости к механическим воздействиям, по степени тепловой инерционности и т. п.

4. Электрические термометры сопротивления

Для измерения температур до 6500С применяются термометры сопротивления (ТС), принцип действия которых основан на использовании зависимости электрического сопротивления вещества от температуры. Зная данную зависимость, по изменению величины сопротивления термометра судят о температуре среды, в которую он погружен. Выходным параметром устройства является электрическая величина, которая может быть измерена с весьма высокой точностью (до 0.020С), передана на большие расстояния и непосредственно использована в системах автоматического контроля и регулирования.

В качестве материалов для изготовления чувствительных элементов ТС используются чистые металлы: платина, медь, никель, железо и полупроводники.

Изменение электросопротивления данного материала при изменении температуры характеризуется температурным коэффициентом сопротивления , который вычисляется по формуле

,

где t – температура материала, 0С;

R0 и Rt – электросопротивление соответственно при 0 0С и температуре t, Ом.

Сопротивление полупроводников с увеличением температуры резко уменьшается, т. е. они имеют отрицательный температурный коэффициент сопротивления практически на порядок больше, чем у металлов. Полупроводниковые термометры сопротивления (ТСПП) в основном применяются для измерения низких температур (1.5  400 К).

Достоинствами ТСПП являются небольшие габариты, малая инерционность, высокий коэффициент . Однако они имеют и существенные недостатки:

1)     нелинейный характер зависимости сопротивления от температуры;

2)     отсутствие воспроизводимости состава и градуировочной характеристики, что исключает взаимозаменяемость отдельных ТС данного типа. Это приводит к выпуску ТСПП с индивидуальной градуировкой.

3.      Типы и конструкции ТС

Для решения различных задач ТС делятся на эталонные, образцовые и рабочие, которые в свою очередь подразделяются на лабораторные и технические.

Эталонные ТС предназначены для воспроизведения и передачи шкалы МПТШ в интервале 13.81  903.89 К.

Технические ТС в зависимости от назначения и конструкции делятся на: погружаемые, поверхностные и комнатные; защищенные и не защищенные от действия агрессивной среды; стационарные и переносные; термометры 1-го, 2-го и 3-го классов точности и т. д. На рис. 5 представлены конструкции промышленных ТС с неподвижным и подвижным штуцером. Термометр состоит из чувствительного элемента 1, расположенного в защитном стальном чехле 3, на котором приварен штуцер 2 с резьбой М27х2. Провода 4, армированные фарфоровыми бусами 6, соединяют выводы чувствительного элемента с клеммной колодкой 5, находящейся в корпусе головки 7. Сверху головка закрыта крышкой 8, снизу имеется сальниковый ввод 9, через который осуществляется подвод монтажного кабеля 10. При измерении температуры сред с высоким давлением на чехол ТС устанавливается специальная защитная (монтажная) гильза 12.

Чувствительный элемент ТС выполнен из металлической тонкой проволоки с безындукционной каркасной или бескаркасной намоткой.

Значительно реже в металлургической практике встречаются полупроводниковые термометры сопротивления (ТСПП) для измерения температуры (-90)(+180) 0С. Их применяют в термореле, низкотемпературных регуляторах, обеспечивающих высокоточную стабилизацию чувствительных элементов газоанализаторов, хроматографов, корпусов пирометров, электродов термоэлектрических установок для экспресс-анализа состава металла и т. п.

2. ВЫБОР КРИТЕРИЯ СРАВНЕНИЯ МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЯ

Сравнение методов согласно выбранным критериям представлено в табл. 1.

Таблица 1 –   Сравнение методов измерений

3. АНАЛИЗ И ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОГО МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПОДШИПНИКОВ И ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ

На основе приведенной выше сравнительной таблицы, ключевыми параметрами которой являются основные характеристики учитывающиеся при проектировании датчиков, можем сделать вывод. Из всех рассмотренных термометров наиболее приемлемым для разработки нашего измерителя оказался электрический термометр сопротивления.

Во-первых потому, что их чувствительность и надежность выше, чем у термоэлектрических термометров, в то время как конструкция проще.

Во-вторых зависимость электрического сопротивления от температуры (для медных термометров диапазон от -50 до +180 С, для платиновых диапазон от -200 до +750 С) весьма стабильна и воспроизводима, что обеспечивает взаимозаменяемость термометров сопротивления.

В-третьих  у них высокая степень точности измерения температуры, возможность градуировки шкалы прибора на любой допустимый измеряемый температурный интервал, возможность централизации контроля температуры путем подсоединения нескольких термометров сопротивления к одному измерительному прибору, а также возможность автоматической записи и дистанционной передачи сигнала измеряемой температуры.

К недостаткам термометров сопротивления относятся:

- Малый диапазон измерений (по сравнению с термопарами)

- Более дорогой (по сравнению с термопарами)), если это платиновый термометр сопротивления типа ТСП

- Требуется дополнительный источник питания для определения температуры

4. ВЫБОР АНАЛОГИЧНЫХ СИТ ВЫПУСКАЕМЫХ ПРОМЫШЛЕННОСТЬЮ

На основании выбранного метода на данный момент выпускаются такие средства измерения температуры.

4.1 Измеритель натяжения троса (ограничитель перегруза) TSE-2

2.1 Мини термометр testo 0560 1109.

На рис. 6 представлен внишний вид минитермометра 0560 1109

Рис.6  - Минитермометр 0560 1109

Мини-термометр testo 0560 1109 – это недорогой прибор для измерения температуры до 300 °C.

Особенности термометра:

- оснащен расширенным измерительным наконечником, что делает его особенно удобным для проведения измерений температуры поверхности;

- данные легко считываются, благодаря большому удобному дисплею;

- включение/выключение;

- компактный дизайн;

- пользователь может легко и быстро заменить батарейку;

- идеален для измерений на поверхности.

Технические характеристики мини-термометра Testo:

Рабочая температура термометра              -10 … +50 °C

Элемент питания              Круглая батарейка LR44

Диапазон измерений              -50 … +300 °C

Погрешность              ±1 °C (–30 ... +250 °C)

Длина измерительного наконечника               120 мм

Диаметр измерительного наконечника              15 мм

Цена 320 грн.

2.2 Цифровой термометр TM6902D

На рис.7 представлен внешний вид термометра TM6902D

Рис.7 – Термометр TM6902D

Особенности:

Диапазон измерений: от -50 до 750°C

Легкочитаемые цифры на большом LCD дисплее

Функция удержания результата измерения

Выносной сменный температурный датчик тип К (ТХА)

Характеристики:

Диапазон измерений: от -50 до 750°C

Термопара в комплекте: тип К, от -50°С до 125°С

Цена деления: 1°C

Погрешность: ±4 в диапазоне от -50 до -20°C, ±3 в диапазоне от -20 до 0°C, ±(0,75%+1°C) в диапазоне от 0 до 750°C

Питание: батарея 9В (тип 6F22 "Крона")

Размеры: 118×70×29 мм

Вес: 120 г

Цена 280 грн.

2.3 Термометр ТК-5.04

На рис.8 представлен внешний вид термометра ТК-5.04

Рис.8 – Термометр ТК-5.04

Термометр контактный цифровой ТК-5.04 предназначен для измерения температуры различных сред путем непосредственного контакта зонда с объектом измерения. Цифровые контактные термометры состоят из электронного блока и сменных зондов. В качестве термочувствительных элементов в зондах используются преобразователи термоэлектрические (ТП) с НСХ по ГОСТ Р 8.585.

Функциональные возможности:

измерение температуры с ценой ед. младшего разряда 1°С;

индикация пониженного напряжения питания;

возможность смены зонда;

подсветка индикатора;

автоматическое отключение прибора через 5 минут простоя.

Особенности

быстродействие;

простота использования;

возможность работы со смеными зондами;

низкое энергопотребление (не менее 350 часов работы от одного комплекта батарей).

Технические характеристики

Диапазон измеряемых температур,°С                 от -40 до +600

Относительная погрешность, %               ±1 +ед.мл.разр

Цена единицы младшего разряда,°С               1

Количество типов сменных зондов               22

Условия эксплуатации                 

—температура окружающей среды, °С               от -20 до +50

—относительная влажность, %               не более 80 % при T = 35 °С

—атмосферное давление, кПа               86 – 106

  Напряжение питания, В                 1,5 x 2

Зонд погружаемый (ЗПГ9-150, ЗПГ9-300, ЗПГ9-500)

Цена 520 грн.

2.4 Термометр цифровой контактный со сменными зондами ТК-5.03 взрывозащищенный

На рис. 9 представлен внешний вид термометра ТК-5.03

Рис.9 – Термометр ТК-5.03

Термометр цифровой контактный ТК-5.03 (со сменными зондами) предназначен для измерения температуры жидких, сыпучих, газообразных сред и поверхностей твердых тел.

Термометр ТК-5.03 выпускается во взрывозащищенном исполнении в соответствии с требованиями ГОСТ Р51330.0-99.

Взрывозащищенность термометров ТК-5.03 обеспечивается видом взрывозащиты: искробезопасная электрическая цепь “i” по ГОСТ Р51330.10-99. Уровень искробезопасности цепей приборов – “ia”. Маркировка взрывозащиты 0ЕxiaIIВT6 “X” согласно ГОСТ Р51330.0-99.

В качестве источника питания в термометрах контактных цифровых ТК-5.03 используются щелочно–марганцевые элементы типа L (по МЭК) с максимальным напряжением питания не более 9,9 В, такие как Корунд (6PLF22), Daewoo (6F22 (FC-1)), GP (1604S 6F22), Samsung (6F22), Toshiba (6F22), TDK (6F22 006P).

Использование в термометрах контактных цифровых ТК-5.03 перезаряжаемых элементов (аккумуляторов) запрещается. Имеется индикация пониженного напряжения питания.Подсветка индикатора. Возможность замены зонда.

Прибор внесен в Госреестр средств измерений под №17192-00.

Прибор состоит из термопреобразователя  и электронного блока.

Технические характеристики

Диапазон измерения температуры              -20... 600 °C

Предел допускаемой основной абсолютной погрешности в диапазоне -20... 0 °C при использовании погружных и поверхностных зондов ±2 °C

Предел допускаемой основной абсолютной погрешности в диапазоне -20... 0 °C при использовании воздушных зондов±0,5 °C

Предел допускаемой основной относительной погрешности в диапазоне выше 0 °C при использовании погружаемых и воздушных зондов ±1% + е.м.р.

Предел допускаемой основной относительной погрешности в диапазоне выше 0 °C при использовании поверхностных зондов  ±2% + е.м.р.

Предел допускаемой дополнительной погрешности измерений температуры, вызванной изменением температуры окружающей среды на каждые 10 °C от нормальной (20± 5) °C              0,5 основной погрешности

Разрешающая способность              1 °C

Напряжение питания, [В]              9

Потребляемая мощность, [Вт]              0,06

Длина соединительного кабеля между электронным блоком и зондомб [м] 1

Габаритные размеры электронного блока, не более, [мм] 185х60х20

Масса, [кг]              0,12

Условия эксплуатации 

     Температура окружающего воздуха              0... 40 °C

     Относительная влажность, [%]              0... 90 %

     Атмосферное давление, [кПа]              86... 106

Цена 1392 грн.

Таблица 2 – Сравнение СИТ выпускаемых промышленностью