Измерение температуры потенциометрический метод

Потенциометрический метод измерения сопротивлений

Потенциометрический метод измерения сопротивлений обеспечивает высокую точность измерения температуры и широко применяется в лабораторной практике. Метод основан на использовании образцового сопротивления RО (рис.16,а) с известным значением сопротивления. Потенциометром ИП измеряется падение напряжения UT на термопреобразователе сопротивления и напряжение UО на образцовом сопротивлении. По известному UО можно определить ток в цепи I = UО/RО, а зная ток можно по известному значению падения напряжения на терморезисторе определить его сопротивление

При таком методе измерений используются обычно термометры сопротивления с четырьмя выводами.

Рис. 8. Схема измерения сопротивления по падению напряжения при измеряемом (а) и стабилизированном токе (б)

На рис.8,б показан более удобная реализация метода. Здесь схема запитывается от генератора стабильного тока (ГСТ), который обеспечивает строго постоянную величину тока через термометр сопротивления, вне зависимости от его сопротивления.

Подобная схема достаточно широко применяется в промышленных приборах. Упрощенная принципиальная схема одного из них показана на рис.9. Термометр сопротивления подключается по четырехпроводной схеме. По двум проводам подается стабилизированный рабочий ток 2 мА, двумя другими снимается напряжение UВХ с терморезистора. Параметры входного усилителя (ВхУ) подобраны так, чтобы его выходное напряжение изменялось в диапазоне (0…1) В при изменении температуры от нижнего предела измерения до верхнего. Это напряжение поступает на вход суммирующего усилителя (СУ). На другой вход этого усилителя поступает потенциал от движка реохорда RP, который запитывается стабилизированным напряжением 1 В. В суммирующем усилителе сигнал от движка реохорда вычитается из сигнала входного усилителя и разностный сигнал подается на схему устройства управления (УУ) шаговым двигателем (ШД). В зависимости от знака разностного сигнала устройство управления задает направление вращения вала электродвигателя и перемещает движок реохорда до тех пор, пока разностный сигнал не станет равным нулю. На движке реохорда закреплена указательная стрелка, которая показывает на шкале текущее значение измеряемой температуры. Поскольку входное сопротивление усилителя имеет большую величину, ток в соединительных проводах близок к нулю. В результате сопротивление соединительных проводов практически не сказывается на результат измерения.

Рис. 9. Упрощенная схема промышленного прибора

Логометры

Принцип действия логометра основан на взаимодействии магнитных полей токов в цепях термопреобразователя сопротивления Rt и постоянного сопротивления R (см. рис.10). Основной элемент логометра – подвижная система, состоящая из двух жестко скрепленных скрещенных рамок 1 и 2, выполненных из тонкого медного изолированного провода. Рамки имеют одну общую ось вращения и находятся в зазоре постоянного магнита 3. Ток от источника питания разветвляется на две параллельные ветви I1 и I2.

В одну ветвь включена рамка 1 и термопреобразователь сопротивления RТ, в другую – рамка 2 и постоянное сопротивление R. В электрическую цепь рамки включены таким образом, что токи I1 и I2 текут навстречу друг другу и создают в рамках противоположные моменты вращения. При равенстве токов моменты, создаваемые в рамках при взаимодействии с полем постоянного магнита, равны, и рамки расположены симметрично относительно магнита.

Рис. 10. Принципиальная схема логометра

При изменении сопротивления термопреобразователя RТ, под воздействием, например, повышения температуры, отношение токов I1 и I2 изменяется, так как ток I1 уменьшается с увеличением RТ, соответственно изменяются и моменты М1 и М2, создаваемые в рамках, что вызывает поворот всей магнитной системы. Воздушный зазор между полюсами магнита N и S и сердечником 4 сделан неравномерным, поэтому магнитная индукция в зазоре непостоянна.

Поэтому при повороте всей подвижной системы с жестко скрепленными рамками одна из рамок попадает в более сильное поле, а вторая – в более слабое. В этих условиях моменты вращения рамок вновь уравновесятся и указательная стрелка зафиксируется в новом положении, соответствующем текущему значению температуры.

Напряжение источника питания теоретически не влияет на угол поворота рамок, который определяется только отношением токов I1 и I2 .

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ — конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Источник

Методы измерения температуры

В связи с распространением по планете вируса COVID-19, на сегодняшний день, наиболее актуален вопрос измерения температуры тела человека. Давайте наиболее подробно рассмотрим используемые для этой цели решения, которые сегодня присутствуют на рынке.

Термометр — прибор для измерения температуры воздуха, почвы и различных тел.

Существует несколько видов термометров:

Жидкостные — основаны на принципе изменения объёма жидкости, которая залита в термометр (обычно это спирт или ртуть), при изменении температуры окружающей среды;

Механические — действуют по тому же принципу, что и жидкостные, но в качестве датчика обычно используется металлическая спираль либо пластина;

Электронные — принцип работы электронных термометров основан на изменении сопротивления проводника при изменении температуры окружающей среды;

Оптические — измеряют мощность теплового излучения объекта. Инфракрасный сенсор находящийся внутри пирометра воспринимает излучение и передает аналоговый сигнал на электронную схему. Сигнал оцифровывается, и на его основе производятся вычисления результата, который выводится на ЖК-дисплей. Инфракрасные измерители температуры тела позволяют измерять температуру без непосредственного контакта с человеком;

● Газовые – содержат в себе сосуд, заполненный определённым объемом газа. При нагревании газ расширяется и приводит в движение стрелку, которая отображает температуру на градуированной шкале.

В связи с распространением по планете вируса COVID-19, на сегодняшний день, наиболее актуален вопрос измерения температуры тела человека. Давайте наиболее подробно рассмотрим используемые для этой цели решения, которые сегодня присутствуют на рынке.

Самым распространенным и дешёвым термометром для измерения температуры тела в домашних и больничных условиях, был и остается ртутный градусник.

Плюсы ртутного градусника:

● точность измерения — погрешность составляет всего 0,1 градуса;
● долговечность — служит десятки лет, если его не ронять;
● легкость очистки и дезинфекции;
● невысокая цена — в аптеке его можно приобрести за сумму до 100 рублей.

Но есть и отрицательные стороны использования ртутного прибора:

● высокий риск разбить при падении: мелкими осколками стекла можно порезаться, а пары ртути опасны для здоровья;
● длительность измерения: требуется около 10 минут для получения точного показателя.

Более современным аналогом ртутного термометра считается электронный градусник. Замер производится за счет действия встроенных датчиков в корпусе, а результат термометрии выводится на небольшой экран, что очень удобно.

В зависимости от модели могут быть различные дополнительные функции: звуковой сигнал, говорящий о конце измерения, водонепроницаемость и т.д. Но главным плюсом такого градусника является его безопасность: можно спокойно давать ребенку и не бояться того, что градусник разобьется. Длительность измерения гораздо меньше, чем у предшественника — достаточно одной минуты для получения результата.

Но даже у электронных термометров есть недостатки:

● для правильного использования нужно предварительно изучить инструкцию, а это делают далеко не все;
● электронные термометры обладают меньшей точностью;
● прибор функционирует за счет батареек, а сесть они могут в любой момент, даже когда купить их не представляется возможным;
● более высокая стоимость — от 250 до 1600 рублей в зависимости от набора функций и производителя.

Самым продвинутым, быстрым и удобным в эксплуатации термометром, в условиях контроля заболеваемости большого количества людей, является пирометр.

Пирометр – бесконтактный термометр. Прибор измеряет температуру объекта на расстоянии и выводит данные на экран. Большинство современных пирометров фиксирует излучение тепла от предмета в инфракрасном диапазоне. Также существуют пирометры, которые измеряют тепловое излучение в видимом диапазоне света.

Пирометры делят на две группы. В первой – приборы, которые выводят на дисплей температуру в градусах. Они наиболее востребованные.

Во второй группе приборы с графическим выводом. Они отображают объект в виде тепловой карты, на которой области с разной температурой отмечены разными цветами. По такому принципу работают тепловизоры.

Плюсы портативного пирометра:

● позволяет быстро и без непосредственного контакта измерить температуру тела;
● лёгкое измерение температуры, даже если человек находится в движении.

К минусам можно отнести следующее:

● пирометры корректно работают только при нормальных условиях, показания прибора нельзя считать достоверными, если температура измеряется во время дождя, снега, тумана, запыленности или задымленности;
● необходимость замены батареек, либо подзарядки аккумулятора;
● достаточно высокая стоимость — от 5500 до 80000 рублей в зависимости от набора функций и производителя.

Так как большинство пирометров схожи по своим функциям и органам управления, рассмотрим принцип их работы на примере инфракрасного пирометра TOPMED NC-178.

От всех объектов, твердых, жидких или газообразных исходит ИК-излучение. Интенсивность излучения зависит от температуры объекта.

Термометр NC-178 способен измерять температуру тела человека по ИК-излучению. Точное измерение производится благодаря встроенному в устройство температурному датчику, который постоянно анализирует и регистрирует температуру окружающей среды. Таким образом, как только оператор подносит пирометр к человеку и активирует датчик измерения, прибор сразу проводит оценку ИК-излучения, исходящего от артериального кровотока. Следовательно, температура тела может быть измерена без влияния температуры окружающей среды.

Термометр NC-178 разработан для проведения мгновенного измерения температуры тела бесконтактным методом (рекомендуется измерять температуру на лбу в области височной артерии). Поскольку височная артерия располагается достаточно близко к поверхности кожи, является доступной и имеет постоянный и равномерный кровоток, измерение температуры получается точным. Эта артерия соединяется с сердцем через сонную артерию, которая напрямую связана с аортой.

Так формируется часть главного канала артериальной системы. Эффективность, скорость и комфорт измерения температуры в данной области делает этот метод идеальным в сравнении с другими методами измерения температуры.

Порядок действий при измерении температуры тела

Включите прибор, наведите на измеряемую область – тело или поверхность объекта

на расстоянии 3-5 см, нажмите на кнопку измерения, результат отобразится на дисплее.

Внимание! При проведении измерений необходимо учитывать установленный режим

работы термометра – «Body» или «Surface» (тело человека или иная поверхность).

Чтобы обеспечить достоверный и надежный результат измерения, необходимо выполнить следующие рекомендации:

● убрать волосы со лба;
● вытереть пот или испарину;
● избегать сквозняков и потоков воздуха (от кондиционера или окна);
● соблюдать интервал 3-5 сек. между повторными измерениями.

Таким образом, современный пирометр даст Вам возможность быстро и точно измерить температуру тела человека, что позволит оценить его физическое состояние и принять меры к недопущению распространения коронавируса на территории РФ.

Источник

Лекция№5 Потенциометрический метод

Классификация и условия работы термоэлектропреобразователей

Принято 6 основных типов — нормированных стандартных характеристик (НСХ) технических ТЭП с металлическими термоэлектродами:

1. Платинородий (90 % Pt + 10% Rh) платиновые ТЭП (тип ТПП). В зависимости от назначения эти преобразователи подразделяются на эталонные, образцовые и рабочие. Они надежно работают в нейтральной и окислительной средах, но быстро разрушаются в восстановительной атмосфере. Также вредно действуют на платину пары металла и углерод, потому при промышленных измерениях требуется тщательная изоляция ТЭП от непосредственного воздействия измеряемой среды. ТЭП типа ТПП по жаростойкости и постоянству термо – ЭДС лучшие из всех существующих. Они долговечны. К недостаткам этих ТЭП следует отнести малую термо – ЭДС по сравнению с другими ТЭП.

2. Платонородий (30% Rh) – платинородиевый (6% Rh) ТЭП (тип ТПР). Особенностью ТЭП является развитие очень малой термо – ЭДС, что не требует введения поправки на температуру свободных концов. ТЭП типа ТПП и ТПР изготовляют обычно в виде проволоки диаметром 0.5 или 1 мм, которую изолируют фарфоровыми бусами или трубками.

3. Хромель (90.5% Ni + 9.5% Cr) алюмелевый (94% Ni + 2%Al + 2.5%Mn + 1%Si + 0.5% примесей). ТЭП (тип ТХА) применяют для измерения температур до 1000 о С. Так как кривая зависимости термо – ЭДС от температуры близка к прямой. Большое содержание никеля в сплаве обеспечивает стойкость ТЭП против окисления и коррозии, а восстановительная среда вредно действует на проводники.

4. Хромель – копелевый (56% Cu + 44% Ni) ТЭП (тип ТХК) из всех стандартных ТЭП развивает наибольшую термо – ЭДС, что позволяет изготовлять термоэлектрические термометры с узкой температурной шкалой. Например с диапазоном от 0 до 300 о С. Стандартные ТЭП типа ТХА и ТХК изготавливают из проволоки диаметром 0.7 ÷ 3.2 мм и изолируются керамическими бусами.

5. Вольфрам – рений (5% Re) – вольфрам-рениевый (20% Re) (тип ТВР) и вольфрам – рений(10%) вольфрам-рениевый (20%Re) применяют для измерения температур до 2300 о С в нейтральной и восстановительной средах, а также в вакууме. Также их используют для измерения температуры расплавленных металлов.

В особых случаях применяют и нестандартные ТЭП. Из них чаще всего используют медь — константановые (60%Cu + 40%Ni), железо – константановые, медь – копелевые. Следует учитывать, что железо в присутствии влаги корродирует и меняются его термоэлектрические характеристики. Нестандартные ТЭП при изготовлении обязательно градуируют.

Кроме того, осваиваются ТЭП с унифицированным выходным сигналом 0÷5, 4÷20 мА (ТППУ на пределы от 600 до 1300 °С) и др. ТЭДС, развиваемую ТЭП обычно измеряют потенциометрическим методом.

По международным обозначениям приняты 9 стандартных градуировочных характеристик МТШ – 90, а также эталонные термопары типов ТПП и ТПР с индивидуальными градуировочными характеристиками.

Эти стандартные градуировочные характеристики соотносятся с характеристиками по ГОСТ Р 8.585 следующим образом:

Термопары с НСХ Тип
Тип В (платинородий 30% / платинородий 6%) ТПР
Тип Е (хромель / константан) ТХКн
Тип J (железо /константан) ТЖКн
Тип К (хромель / алюмель) ТХА
Тип L (хромель / копель) ТХК
Тип N (нихросил / нисил) ТНН
Тип R (платинородий 13% / платина) ТПП
Тип S (платинородий 10% / платина) ТПП
Тип T (медь / константан) ТМКн

Пределы допускаемой основной погрешности преобразования термопар представлены в следующей таблице:

Тип термопар Диапазон температур, 0 С Погрешность преобразования, 0 С, не более
B +350 … +1820 ±0,2
E -200 … +1000 ±0,2
J -210 … +900 ±0,2
K -200 … +1372 ±0,2
L -200 … +800 ±0,2
N -200 … +1300 ±0,2
R 0 … +1768 ±0,2
S 0 … +1768 ±0,2
T -200 … +400 ±0,2

Потенциометрический метод измерения основан на уравновешивании (компенсации) измеряемой ТЭДС известной разностью потенциалов, образованной вспомогательным источником тока.

Рис.1. принципиальная схема потенциометра.

На схеме ток от вспомогательного источника Б с сухого элемента с разностью потенциалов UБ проходит в первой цепи, в которую между точками А и В включен калиброванный проволочный резистор RАВ, называемый реохордом. Для него справедливо соотношение: (1.2)

ток в этой цепи выразится(1.3)

Вторая цепь включает ТЭП, чувствительный нуль-прибор НП, являющийся индикатором наличия тока в цепи ТЭП, и участок реохорда l между точкой А и скользящим контактом D. ТЭП в этой цепи включен так, что на участке сопротивления RАD ток идет в том же направлении, что и от источника Б.

При можно найти такое положение точки D на реохорде RАВ

при котором ток в цепи термопары i2 станет равным нулю и стрелка НП установится на нулевом делении шкалы.

Учитывая при этом соотношения (1.2) и (1.3) из уравнения (1.4) найдем

Следовательно, ТЭДС ТЭП ЕАВ (tt0) определяется падением напряжения на участке l реохорда и не зависит от сопротивления НП и внешнего сопротивления цепи ТЭП. Реохорд снабжают шкалой, градуированной в милливольтах или градусах. При измерении таким методом ток в первой цепи нужно поддерживать на постоянном уровне.

Источник

Поделиться с друзьями
Моя стройка
Adblock
detector