русс | укр

Языки программирования

ПаскальСиАссемблерJavaMatlabPhpHtmlJavaScriptCSSC#DelphiТурбо Пролог

Компьютерные сетиСистемное программное обеспечениеИнформационные технологииПрограммирование

Все о программировании


Linux Unix Алгоритмические языки Аналоговые и гибридные вычислительные устройства Архитектура микроконтроллеров Введение в разработку распределенных информационных систем Введение в численные методы Дискретная математика Информационное обслуживание пользователей Информация и моделирование в управлении производством Компьютерная графика Математическое и компьютерное моделирование Моделирование Нейрокомпьютеры Проектирование программ диагностики компьютерных систем и сетей Проектирование системных программ Системы счисления Теория статистики Теория оптимизации Уроки AutoCAD 3D Уроки базы данных Access Уроки Orcad Цифровые автоматы Шпаргалки по компьютеру Шпаргалки по программированию Экспертные системы Элементы теории информации

Методы и средства термометрии

<== предыдущая статья | следующая статья ==>

 

При заключении соглашения о Международной практической температурной шкале МПТШ в качестве основных приборов для измерения температур между реперными точками были утверждены платиновые термометры сопротивления, платино-родиевые термопары и спектральные (яркостные) пирометры. Установленные диапазоны применения этих устройств показаны в нижней части рисунка 32.

Во многих технических измерениях, не требующих высокой точности, считается допустимым использовать более простые и дешевые термометры – стеклянные жидкостные термометры, полупроводниковые термисторы, радиационные пирометры, термопары из неблагородных металлов и т.п. Рекомендуемые области применения таких термометров показаны в верхней части рисунка 32.

В бытовых устройствах для измерения температур используют и другие разнообразные индикаторы температуры, такие как биметаллические пластины, светочувствительные краски.

В отдельных областях промышленности разработаны нестандартные методы измерения температуры, приспособленные к требованиям конкретных производственных процессов. Так, для измерения поля температур в нефтегазовых «умных» скважинах все более широко используют термометрию, основанную на закономерностях комбинационного рассеяния света в стеклянных оптоволоконных кабелях.

Рисунок 32. Рекомендуемые области применения термометрических приборов.

Удельная электропроводность металлов s значительно превышает электропроводность других веществ из-за присутствия больших концентраций носителей заряда (свободных электронов). Удельное электрическое сопротивление r=1/s металлов определяется процессами рассеяния электронов проводимости, длиной их свободного пробега l. В классической теории электропроводности металлов рассматривают совокупность свободных электронов как идеальный газ, длина свободного пробега в котором определяется лишь рассеянием на неподвижных ионах кристаллической решетки. Исходя из этих предположений, для удельного сопротивления получают выражение:

r = 2mv/ne2l (53)

где m, e – масса и заряд электронов, v- средняя скорость их теплового движения :

(54)

Таким образом, в этой простейшей теории r пропорционально Т1/2 .

В реальных металлах дополнительными механизмами рассеяния, определяющими длину свободного пробега, являются взаимодействие электронов с фононами, электронов друг с другом, электронов с химическими и физическими неоднородностями кристаллической решетки. В простейших моделях реальных металлов принято считать, что различные механизмы рассеяния дают аддитивный вклад в удельное сопротивление металла (правило Матиссена) :

(55)

где n – концентрация электронов проводимости, pF – граничный фермиевский импульс.

Конкуренция различных механизмов рассеяния приводит к линейной зависимости r от температуры при достаточно высоких температурах (выше температуры Дебая) и к пропорциональности при очень низких температурах. Экспериментальные зависимости сопротивления металлов от температуры с хорошей точностью описываются полиномами третьей степени. Однако при обычных требованиях к точности ограничиваются квадратичной или даже линейной функцией:

R(t0C) = R(0C)×(1+at) (56)

где a – линейный температурный коэффициент сопротивления.

В качестве материала для металлических термометров сопротивления используют платину и никель, характеризуемые линейной зависимостью R(Т) в достаточно широких диапазонах температур (рисунок 36), от – 60С до 180С для никеля и от –220С до 750С для платины.

Рисунок 36. Температурные характеристики сопротивления платиновых и никелевых термометров.

Средние температурные коэффициенты сопротивления этих металлов имеют следующие значения : a = 3,85×10-3 К-1 для платины и a=6,17×10-3 К-1 для никеля. Чувствительные элементы металлических термометров сопротивления представляют собой очень тонкую платиновую или никелевую проволоку, намотанную на каркас (рисунок 37). В зависимости от диапазона измерения, несущие каркасы могут быть изготовлены из термостойкой пластмассы, керамики, стекла или слюды.

Рисунок 37. Конструктивные исполнения чувствительных элементов металлических термометров сопротивления.

В чистых (беспримесных) полупроводниках (Ge, Si) электрическая проводимость определяется равноправным участием носителей заряда двух типов: электронов и дырок. В отличие от металлов, в температурной зависимости удельного сопротивления доминирующим фактором является не усиление рассеяния носителей заряда, а возрастание их концентрации. Поэтому с увеличением температуры удельное сопротивление полупроводников быстро уменьшается:

(57)

где А – постоянная, DЕ – ширина запрещенной зоны.

Для изготовления термисторов используют примесные полупроводники и сплавы, которые могут обладать несколькими механизмами проводимости:

(58)

При доминирующей роли одного механизма проводимости это уравнение может быть записано в более удобной форме в виде соотношения, определяющего удельное сопротивление:

(59)

где величину DЕ называют энергией активации. Экспоненциальная характеристика, описываемая этой формулой (рисунок 38), имеет большой и сильно изменяющийся температурный коэффициент a (определяемый формулой 56). У распространенных промышленных термисторов он изменяется в диапазоне от -1 К-1 до -6 К-1 . С точки зрения градуировки и отсчета результатов, большая нелинейность нежелательна, однако термисторы получили широкое распространение в производственной практике именно благодаря своему большому температурному коэффициенту сопротивления.

С использованием термисторов могут быть созданы простые и дешевые приборы, без использования дополнительных усилителей. Полное сопротивление термисторов обычно составляет от 1 кОм до 1 МОм, в сравнении с ним изменения сопротивления на клеммах и в соединительных проводах незначительны и ими можно пренебречь. Это обусловливает существенное преимущество термисторов перед металлическими термометрами сопротивления и термопарами.

Рисунок 38. Типичный вид зависимости сопротивления от температуры для термисторов из германия.

В отличие от металлических термометров сопротивления, чувствительные элементы термисторов (рисунок 39) могут быть изготовлены весьма малых размеров, например, в виде спеченных шариков диаметром 0,2 – 0,5 мм.

Рисунок 39. Конструкции чувствительных элементов термисторов. 1 – стекло; 2 – сталь; 3 – серебро.

В зависимости от места установки, чувствительные элементы термисторов защищают тонкой стеклянной, керамической или стальной оболочкой.

Термоэлектрическими называют группу физических явлений, в которых проявляется взаимосвязь термодинамических и электрических процессов в проводниках. К таким явлениям относятся эффекты Зеебека, Томсона и Пельтье.

Материалы для термоэлектрических термометров (термопар) выбирают исходя из следующих требований: высокой чувствительности к изменениям температуры (большой величины коэффициента a); линейности характеристики (зависимости E (Т)); малой инерционности; достаточной механической прочности при высоких и низких температурах; стойкости по отношению к коррозии. Все материалы для термопар принято делить на две группы: пары благородных металлов и пары неблагородных металлов.

В первой группе наиболее распространенной является термопара платина – платиновородиевый сплав, содержащий 10 % родия (Pt-Pt10RH). Во второй группе наиболее распространены термопары медь-копель и хромель-алюмель. Копель – сплав, содержащий 55 % Cu + 45 % Ni; хромель – 90,5 % Ni +9,5 % Cr; алюмель – 94,5 % Ni + 5,5 % Al,Si,Mn,Co.

Температурные характеристики ряда распространенных термопар показаны на рисунке 42.

Рисунок 42. Зависимости термо-э.д.с. от температуры для некоторых промышленных термопар.


Конструктивное исполнение чувствительных элементов термопар с защитной оболочкой показано на рисунке 43. Благодаря компактной конструкции их размеры могут быть очень малыми (наружный диаметр 0, 25 – 6мм). Термоэлектроды изолированы друг от друга термостойким керамическим порошком. Оболочку обычно изготавливают из коррозионно-стойкой высоколегированной стали.

Рисунок 43. Конструктивное исполнение термопар с защитной оболочкой.

При измерениях с помощью термопар необходимо определять величины очень малых термо-ЭДС, не превышающий 100 мВ.. При этом (из-за малых величин коэффициентов термо-ЭДС) для обеспечения точности определения температуры 0,1 0С необходима измерять термо-ЭДС с точностью не хуже 0,1 мкВ. В настоящее время для подобных измерений выпускают специализированные цифровые приборы, оснащенные усилителями и микропроцессорами.

 

Просмотров: 689

<== предыдущая статья | следующая статья ==>

Это будем вам полезно:

Селективность электрохимических сенсоров

Емкостные акселерометры

Измерители влажности воздуха и газов (гигрометры)

Портативный анализатор дымовых газов

Измерение состава и концентрации веществ

Разновидности кориолисовых расходомеров

Индуктивные датчики положения, перемещения объектов

Пьезорезистивные акселерометры

Особенности измерение расхода газообразных сред

Общая характеристика устройств, применяемыъ в технологиях бесконтактных измерений

ППР сенсор с расходящимся световым пучком

Магиторезистивные датчики углового преремещения объекта

Силоизмерительные установки

Ультразвуковые датчики расстояний, уровня

Вернуться в оглавление:Методы и средства измерений неэлектрических величин




Карта сайта Карта сайта укр


Уроки php mysql Программирование

Онлайн система счисления Калькулятор онлайн обычный Инженерный калькулятор онлайн Замена русских букв на английские для вебмастеров Замена русских букв на английские

Аппаратное и программное обеспечение Графика и компьютерная сфера Интегрированная геоинформационная система Интернет Компьютер Комплектующие компьютера Лекции Методы и средства измерений неэлектрических величин Обслуживание компьютерных и периферийных устройств Операционные системы Параллельное программирование Проектирование электронных средств Периферийные устройства Полезные ресурсы для программистов Программы для программистов Статьи для программистов Cтруктура и организация данных


 


Полезен материал? Поделись:

Не нашли то, что искали? Google вам в помощь!

 
 

© life-prog.ru При использовании материалов прямая ссылка на сайт обязательна.