CC BY
15
УДК 621.3
ПРИМЕНЕНИЕ ПРАВИЛА ПРОМЕЖУТОЧНЫХ ПРОВОДОВ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ТЕРМОПАРЫ
Д. А. Шуринова Научный руководитель - А. Г. Суворов
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: dasha.shurinova@yandex.ru
Рассмотрен принцип работы и устройство самого популярного термоизмерительного прибора- термопары, описаны способы её применения при больших расстояниях между объектом измерения и индикатором и примеры применения с минимальными расходами на вспомогательное оборудование.
Ключевые слова: измерение температуры, термопара, расстояние, сокращение расходов.
In this article we describe principle of operation and structure of the most popular temperature-measuring device- thermocouple. We also describe how to use it if distances between a measured object and indication system are big and give examples of usage with the lowest expenses for the auxiliary equipment.
Keywords: temperature measuring, thermocouple, distance, cost reduction.
Термопара- старейший и до сих пор наиболее распространённый в промышленности температурный датчик. От других датчиков отличается простотой, невысокой стоимостью, внушительной долговечностью и большим диапазоном измеряемых температур (от -250 до 2000 градусов Цельсия). Термопара представляет из себя два разнородных металлических элемента, соединённых в одной точке. (Соединение выполнено в виде скрутки, пайки или сварки). Действие её основано на эффекте Зеебека (рис. 1) [1].
APPLICATION OF THE INTERMEDIATE WIRE RULE WHEN USING A TERMOCOUPLE
D. A. Shurinova, A. G. Suvorov Scientific Supervisor - A. G. Suvorov
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: dasha.shurinova@yandex.ru
'LcpMùnâpa
Рис. 1. Измерение сигнала термопары без компенсации температуры холодного спая.
Секция «Автоматика и электроника»
При возникновении разности температуры между холодным и горячим спаями между выводами термопары появляется термо-Э.Д.С., пропорциональная по величине разности температур между спаями [2]. Подключая выводы к измерительному прибору (вольтметру) и получая значение вырабатываемой Э.Д.С. мы можем при помощи специальных таблиц перевести полученное значение в температуру горячего спая. На некоторых приборах шкала изначально отка-либрована в градусах. Такие приборы состоят из клеммника, к которому подключается термопара, логической части, высчитывающей компенсацию холодного спая и панели индикации.
Считается, что измерение температуры с помощью термопары выполняется косвенным методом. То есть сначала измеряется напряжение на холодном спае и вычисляется его температура, затем через уравнение (1).
V = Е(Тг.с.) + Е(Тх.с). (1)
Рассматриваемый прибор в действительности измеряет разность напряжений между двумя спаями, следовательно температура холодного спая должна поддерживаться на постоянном уровне [3]. Для этого во многих термопарах используют компенсирующие резисторы, располагаемые в том же месте, что и холодный спай, таким образом изменение температуры на холодном спае немедленно повлияет на изменение термосопротивления. Приборы, к которым подключена термопара, получая значение сопротивления с терморезистора автоматически высчитывают температуру холодного спая (окружающей среды) и прибавляют её к заранее высчитанным результатам температуры горячего спая, тем самым компенсируя погрешность измерения и повышая точность (рис. 2, 3) [4].
Рис. 2. Измерение сигнала термопары с компенсацией температуры холодного спая
Экран
Горячий спай \
у-к------ -
т<а
Холодный спай -д
1 1 I I I I
Изотермическая^ планка
Медные
соединительные провода
Многоканальный измерительный прибор
(Преобразователь сигнала термопары ТРМ 138)
Панель индикации
Терморезистор ТСМ 50
Рис. 3. Измерение сигнала термопары на многоканальном измерительном приборе
На практике часто есть необходимость отдалить преобразователь сигнала термопары от места непосредственного измерения, для этого выходы измерительного прибора подключают к компенсационным проводам, обладающим схожими характеристиками с проводами термопары, которые в свою очередь подходят к прибору. Датчик температуры холодного спая в данном
случае также расположен в приборе. Подбор подобных параметров компенсационных проводов необходим для учёта возможного перепада температуры между клеммами термопары и входными клеммами прибора, который в данном случае может находиться на расстоянии до 200 метров от места измерения.
Для удешевления и упрощения данной конструкции предлагается заменить в клеммнике разнородные компенсационные провода на однородные медные, так как стоимость их ниже в десятки раз. Согласно «правилу промежуточных проводов» если контакт двух металлов сделан через промежуточный металл (например, константан и железо соединены через медь), то промежуточный металл не влияет на результирующую Э.Д.С. если его концы имеют одинаковую температуру.
Минусы метода:
- терморезистор (измеритель температуры холодного спая ТСМ50) придётся выносить за прибор;
- в качестве преобразователя сигнала термопары придётся брать многоканальный прибор (ТРМ 138).
Плюсы метода:
- стоимость медных проводов ниже стоимости компенсационных приблизительно в 30 раз;
- к многоканальному преобразователю можно подключать до 6 термопар одновременно.
Библиографические ссылки
1. Геращенко О. А. Тепловые и температурные измерения : справ. руководство. 1965. 364 с.
2. Термопара [Электронный ресурс]. URL: http://www.bookasutp.ru/Chapter6_3_3.aspx (дата обращения: 12.03.2018).
3. Крамарухин Ю. Е. Приборы для измерения температуры. М. : Машиностроение, 1990. C. 25-31.
4. Термопара [Электронный ресурс]. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Термопара (дата обращения: 12.03.2018).
© Шуринова Д. А., 2018
