Вимірювання температури за допомогою термопар і термометрів опору

ПРОФЕСІЙНО-ТЕХНІЧНЕ УЧИЛИЩЕ ВП РАЕС

ДП НАЕК «ЕНЕРГОАТОМ»

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                                         Підготував:

                                                                                                         майстер в/н

                                                                                                         Назарець В. А.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПЛАН УРОКУ

 

Тема: Ремонт, регулювання та юстирування КВП і А.

 

Тема уроку: Ремонт термометрів опору та термопар.

 

Мета уроку:

 

 а) учбово-виробнича: навчити учнів в правильній послідовності розбирати термометри опору та термопари визначати їх несправності та усувати їх.

б) виховна: виховати творчий підхід до роботи, привити почуття відповідальності, взаємодопомоги та підтримки.

в) розвиваюча: розвивати в учнів логічне мислення та просторову увагу.

 

Матеріально – технічне забезпечення уроку: провід різних марок, термопари, термометри опору, слюсарно-монтажний інструмент, інструкційні карти, мости опорів, потенціометри, мілівольтметр, пінцет.

 

Місце проведення уроку: лабораторія КВП і А.

 

Учбово – виробнича робота: Виконання робіт по розбиранню та ремонту термометрів опору типів ТСМ і ТСП та термопар типів ТХА і ТХК.

 

Перевірити наявність учнів на уроці і зовнішній вигляд – 5 хв.

 

І. Вступний інструктаж - 35 хв.

 

План вступного інструктажу:

1. Повідомити учням тему і мету уроку.
2. Перевірка знань учнів:
   •          Назвати будову та призначення манометричних термометрів.
   •          Назвати будову та призначення електричних перетворювачів тиску типу Сапфір.
   •          Назвати будову та призначення мембранних манометрів.
   •          Назвати будову та призначення пружинних манометрів манометрів.
   •          Назвати основні неполадки та методи їх усунення в манометричних термометрах.

      Назвати основні неполадки та методи їх усунення в електричних перетворювачах тиску           типу Сапфір

      Назвати основні неполадки та методи їх усунення в пружинних манометрах

      Назвати основні неполадки та методи їх усунення в мембранних манометрах

 

3. Інструктаж по темі уроку:
   •          Принцип дії термометрів опору та термопар.
   •          Будова термометрів опору та термопар.
   •          Основні неполадки термометрів опору та термопар.
   •          Вторинні прилади з якими працюють термометри опору та термопари.
   •          Основні неполадки вторинних приладів які працюють з термометрами опору та термопарами.
   •          Методи усунення неполадок термометрів опору та термопар.
   •          Методи усунення неполадок вторинних приладів

 

4. Закріплення матеріалів вступного інструктажу:
   •          Назвати принцип дії термометрів опору та термопар.
   •          Назвати будову термометрів опору та термопар.

      Назвати методи усунення неполадок в термометрів опору та термопар.

 

 

 

Видати учням спецодяг, інструмент, пристосування і дати вказівку приступати до вправ.

 

ІІ. Вправи учнів і поточний інструктаж майстра – 4 год. 25 хв.

 

Цільові обходи робочих місць учнів  майстром в/н:

 

Перший обхід: перевірити підготовку робочих місць до роботи.

 

Другий обхід: перевірити правильність виконання вправ.

 

Третій обхід: слідкувати за дотриманням вимог охорони праці.

 

За 10 – 20 хв. до кінця уроку дати вказівку закінчити вправи.

 

ІІІ. Заключний інструктаж – 20 хв.

 План заключного інструктажу:

1. Підведення підсумків роботи.

2. Вказати на типові помилки і брак в роботі.

3. Виставити оцінки.

4. Показати кращі роботи.

 

Сповісти учням тему наступного уроку: __________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

 

І дати завдання додому: ________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

 

Дати вказівку учням зібрати, почисти і здати інструмент, прибрати робочі місця, вимити 

і лице. Привести в порядок свій одяг і закінчити урок.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Конспект вступного інструктажу.

Принцип дії термопари

Для автоматичного контролю й керування температурними  режимами технологічних процесів і дистанційної передачі показань як датчиків застосовують термометри опору й термопари. Такі датчики не є самостійними приладами, а працюють тільки зі спеціальною групою вимірювальних приладів.

Термопара – найстаршій і дотепер найпоширеніший у промисловості температурний датчик. Дія термопари заснована на ефекті, який уперше був відкритий і описаний Томасам Зеебеком в 1822 році.

Термопара (термоелектричний термометр) являє собою спай двох різнорідні металеві провідників (термоэлектродов), які призначені для виміру температури робочих об'єктів. Кінець термопари, що міститься в об'єкт виміру температури, називається робочим або «гарячим» спаєм, вільні або «холодні» кінці термопари з'єднані з вимірювальним приладом. Термопарою здійснюється перетворення теплової енергії в електричну.

Принцип роботи термопари полягає в тому, що при зміні температури «гарячого» спаю на вільних («холодних») кінцях термопари змінюється термоелектрорушійна сила  постійного струму.

Головні переваги термопар:

- широкий діапазон робочих температур.
- спай термопари може бути безпосередньо заземлений або приєднаний у прямий контакт із вимірюваним об'єктом.
- простота виготовлення, надійність і міцність конструкції.

Недоліки термопар:

- необхідність контролю температури холодних спаїв.

- виникнення термоелектричної неоднорідності в провідниках і, як наслідок, зміна градуїровочной характеристики через зміну складу сплаву в результаті корозії й інших хімічних процесів.
- матеріал електродів не є хімічно інертним і, при недостатній герметичності корпуса термопари, може підпадати під вплив агресивних середовищ, атмосфери і т.д.
- на великій довжині термопарних і подовжувальних проводів може виникати ефект «антени» для існуючих електромагнітних полів.
- залежність термоелектрорушійної сили від температури суттєво не лінійна. Це створює труднощі при розробці вторинних перетворювачів сигналу.
- коли  вимоги висуваються до часу термічної інерції термопари, і необхідно заземлювати робочий спай, слід забезпечити електричну ізоляцію перетворювача сигналу для усунення небезпеки виникнення утечки через землю.

Термометр опору

Термометр опору  це термометр, як правило, у металевому або керамічному корпусі, чутливий елемент якого являє собою резистор, виконаний з металевого дроту або плівки, що й має відому залежність електричного опору від температури. Самий популярний тип термометра – платиновий термометр опору, це пояснюється високим температурним коефіцієнтом платини, її стійкістю до окиснення й гарною технологічністю. У якості робочих засобів вимірів застосовуються також мідні й нікелеві термометри.

Конструктивно термометр опору  виконується намотуванням платинової або мідного ізольованого дроту  на ізоляційний каркас . Для захисту від механічних ушкоджень і зручності монтажу термометри опору містять у захисну арматури різних модифікацій .

Термометри опору бувають одинарні й подвійні. У подвійних термометрах опору вбудовано два ізольовані від друга чутливі елементи, вони застосовуються для однойменного виміру температури однієї крапки двома приладами. Мідь ( як матеріал) має на відміну від платини ряд недоліків. Вона окислиться при високій температурі й вологості, має малий питомий опір.

Мідні термометри опору використовують при вимірах від -50 до + 180°С, платинові - від - 200 до +650 °С.

Мідні й платинові» термометри випускають зі строго визначними значеннями опорів, відповідно своїх типів і градуировок.

 Найпоширенішими перетворювачами температури є термометри опору мідні градуировок 50М и 100М; платинові градуировок 50 П и 100 П; числа 50 і 100 позначають опір чутливого елемента при 0 °С (50 Ом, 100Ом), а букви М и П позначають матеріал обмотки термометра опору - відповідно мідь і платина.

 

Основними несправностями термопар і термометрів опорів є: обрив  чутливих елементів, замикання елементів на корпус, міжвиткове замикання термометра опору, зниження опору ізоляції, пошкодження захисної гільзи.

  Опір ізоляції обмотки термометра опору й термопари заміряють мегомметром типу М1101М на 500 В. Цілісність обмотки й значення опору термометра визначають лабораторним мостом типу МВУ-49, зразковим мостом МО. Причиною зменшення величини опору в порівнянні із градирувальними даними може являтися виткове замикання датчика або утічка струму через блок зажимів.

При обривах обмотки термометрів опору їх заміняють новими чутливими елементами того ж градуювання, а при їхній відсутності виконують ремонт термометрів.

Ремонт мідних термометрів опору. Ремонт полягає у виготовленні (намотуванні) чутливого елемента. Для цього на попередньо підготовлений і бакелітовий каркас рівномірним кроком намотують мідний провід марки ПЭШО або ПЭС діаметром 0,1мм; кожний шар обмотки покривають бакелітовим або гліфталевим лаком. Після просушки елемент із метою одержання стабільної характеристики термопар опору піддається старінню, яке ведеться при температурі 150 °С протягом 6 годин. Після охолодження проводиться перевірка, підгонка й порівняння характеристики термометра із градуровочними даними. Перед складанням термометра виводи затискачів припаюють до  кінців чутливого елемента припоєм типу ПОС-60.

Ремонт платинових термометрів опору. При ремонті чутливий елемент розбирають, відокремлюючи його від слюдяних накладок, стяжної стрічки й каркаса. Обрив усувають зварюванням платинового дроту в електричній дузі або в розчині  солі змінним струмом напругою 20-24 В.

При витковому замиканні елемента або заміняють ушкоджену слюдяну пластину з насічками, або короткозамкнені витки розсовують і укладають у відповідні пази (насічки) у слюдяній пластині. Перевірка, підгонка й порівняння опору термометра із градуїровочними кривими проводиться за допомогою мостів опору типу МВУ-49 або МО.

Опір ізоляції відремонтованих і зібраних у чохол термометрів заміряють мегомметром, при цьому напруга прикладається на корпус і короткозамкнений вивід термометра. Величина опору ізоляції залежно від виконання термометрів опору лежить у межах 1-10 МОм.

Ремонт термопар при обривах і нестабільності роботи полягає в розбиранні й огляді стану робочого кінця й термоелектродів. При виявленні дефектів (тріщин, обривів) термопари ремонтують. Місця обривів зварюють. Зварювання робочого кінця термопари проводиться після скрутки кінців електродів в електричній дузі між графітовими електродами малого діаметра (5-8мм) до утворення розплавленого кулястого закінчення на кінці електродів.

Обриви електродів термопар типів ХА, ХК можна усунути дуговим зварюванням. Для цього на вторинну обмотку понижувального трансформатора (напругою 20-30 В) через графітовий електрод приєднують обірвані частини термоелектрода - з дотиком графіту до частин термоелектрода виникає дуга й частини зварюються. При зварюванні термопар типів ХА, ХК у якості флюсу використовується бура, яка після зварювання видаляється різким охолодженням у воді.

 При ремонті термопари із благородних металів її піддають випалу, чищенню й перевірці на однорідність електродів. Випал проводиться нагріванням електричним струмом до температури 1300 °С протягом 1 години, при цьому бурою ведуть чищення електродів від оксидів. Однорідність термоелектричних властивостей електродів перевіряють мілівольтметром, підключеним до вільних (холодним) кінцям термопари. Потім термоелектрод поміщають у муфельну піч. При повільному переміщенні електрода через піч виміряється термоелектрорушійна сила. Якщо термоелектрорушійна сила перевищує половину допустимої похибки термопари, то на даній нагрітій ділянці існує неоднорідність і ця ділянка підлягає заміні.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Технологічна карта

 

Тема уроку: Ремонт термометрів опору та термопар.

 

Мета уроку: навчити учнів в правильній послідовності розбирати термометри опору та термопари визначати їх несправності та усувати їх.

 

 

Алгоритми ремонтних операцій датчиків температури

 

 

Термопара із благородних металів	Мідний термометр опору
Демонтувати ізоляційні буси з датчика	Демонтувати бандаж датчика й слюдяні пластини
▼	▼
Усунути обрив термоелектродів зварюванням	Виконати намотування датчика відповідно до необхідного градуювання
▼	▼
Зробити випал термопари при t=1300º З, час 1 година	Виконати сушіння датчика при  t=50-60º З
▼	▼
Перевірити однорідність термоелектричних властивостей електродів	Виконати старіння обмотки при t=150º З, час 6 годин
▼	▼
Виконати складання термопари	Зробити складання датчика в корпус
▼	▼
Зробити перевірку термопари по градуюрувалній таблиці	Перевірити характеристику датчика по градуюрувалній таблиці
▼	▼
Перевірити опорів ізоляції	Перевірити опорів ізоляції

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ТЕХНОЛОГІЧНА  КАРТА.

 

Тема: Ремонт, регулювання та юстирування КВП і А.

Тема уроку: Ремонт термометрів опору та термопар.

Вид та будова термометра опору

 

Ескіз	Технологічні  вказівки
	Загальний вид термометрів опору: а) ТСП б) ТСМ в) ТСП
	Будова термометрів опору: Ізоляційний каркас. Ізольований провід. Виводи. а, б – платинові в – мідні

 

 

ТЕХНОЛОГІЧНА  КАРТА.

 

Тема: Ремонт, регулювання та юстирування КВП і А.

Тема уроку: Ремонт термометрів опору та термопар.

Вид та будова термопари

Ескіз	Технологічні  вказівки
	Будова термопари: 1.Робочий або гарячий спай. 2.Фафоровий накінечник. 3.Захисна трубка (робоча частина). 4.Ізоляційні буси. 5.Фланець. 6.Захисна трубка (неробоча частина). 7.Корпус (головка термопари). 8.Фарфорові колодки 9.Штуцер 10.Гвинт 11.Кришка. 12.Зажим «плаваючий» 13.Гвинт термоелектродів 14.Гвинт з’єднувальних проводів 15.Гвинт для кріплення фарфорової колодки
	Принцип вимірювання температури термопарою
	Вид робочого або гарячого спаю

 

 

 

 

 

 

Технологічна карта

Тема уроку: Ремонт термометрів опору та термопар.

Мета уроку: навчити учнів в правильній послідовності розбирати термометри опору та термопари визначати їх несправності та усувати їх.

Характеристики основних типів термоелектричних термометрів

 

Тип температурного датчика	Сплав елемента		Маркування температурних датчиків	Коефіцієнт ТЕРС	Температурний діапазон
	Плюсового	Мінусового			допустимий	короткочасний
Термопара типу А	вольфрам-рений (95%W, 5% Re)	вольфрам-рений (80%W, 20% Re)	ТВР	14-7	0 ÷ 2200 °C	2500 °C
Термопара типу L	хромель (89%Ni, 9,8%Cr, 1%Fe, 0,2%Mn)	копель (55%Cu, 45%Ni)	ТХК	64-88	- 200 ÷ 600 °C	800 °C
Термопара типу B	платинородій (70%Pt, 30%Rh)	платинородієві (94%Pt, 6%Rh)	ТПР	10-14	600 ÷ 1700 °C	1800 °C
Термопара типу S	платинородій (90%Pt, 10%Rh)	платинові (100%Pt)	ТПП10	10-14	0 ÷ 1300 °C	1600 °C
Термопара типу R	платинородій (87%Pt, 13%Rh)	платинові (100%Pt)	ТПП13	10-14	0 ÷ 1300 °C	1600 °C
Термопара типу N	нихросил (83,49%Ni, 13,7%Сr 1,2% Si, 0,15% Fe  0,05%С,  0,01%Mg)	нисил (94,98%Ni, 0,02%Сr 4,2%Si, 0,15%Fe 0,05%С, 0,05%Mg)	ТНН	26-36	- 200 ÷ 1300 °C	1300 °C
Термопара типу E	хромель (89%Ni, 9,8%Cr, 1%Fe, 0,2%Mn)	константанові (45%Сu, 45%Ni, Mn, Fe)	ТХКн	59-81	-200 ÷ 700 °C	900 °C
Термопара типу T	мідь (100%Cu)	константанові (45%Сu, 45%Ni, Mn, Fe)	ТМК	40-60	- 200 ÷ 350 °C	400 °C
Термопара типу J	залізо (100%Fe)	константанові (45%Сu, 45%Ni, Mn, Fe)	ТЖК	50-64	-200 ÷ 750 °C	900 °C
Термопара типу K	хромель (89%Ni, 9,8%Cr, 1%Fe, 0,2%Mn)	алюмель (91%Ni, 2%Al, 2,5%Mn, 1%Si, 0,5%Fe)	ТХА	35-42	- 200 ÷ 1200 °C	1300 °C

Технологічна карта

Тема уроку: Ремонт термометрів опору та термопар.

Мета уроку: навчити учнів в правильній послідовності розбирати термометри опору та термопари визначати їх несправності та усувати їх.

Характеристики основних типів  термометрів опору.

Тип	Градуювання	Діапазон вимірювання	R0, Ом	Допустиме відхилення
				К-І	К-ІІ	К-ІІІ
Платиновий ТСП	50П	-200 ÷ 650 °C	50
	100П	-200 ÷ 650 °C	100	0,05	0,1	-
Мідний ТСМ	50М	-50 ÷ 200 °C	50
	100М	-50 ÷ 200 °C	100	0,05	0,1	-

 

Градуювання платинового термометра опору 50П

t, °C	R, Ом	t, °C	R, Ом	t, °C	R, Ом	t, °C	R, Ом	t, °C	R, Ом	t, °C	R, Ом
-200	8,654	-80	33,90	40	57,89	160	81,00	300	106,88	540	148,59
-180	12,99	-60	37,97	60	61,80	180	84,77	320	110,49	580	155,20
-160	17,28	-40	42,00	80	65,69	200	88,51	400	124,68	620	163,34
-140	21,50	-20	46,01	100	69,55	220	92,23	420	128,16	640	164,94
-120	25,68	0	50,00	120	73,39	260	99,61	460	135,07	650	166,55
-100	29,81	20	53,95	140	77,21	280	103,26	500	141,88

 

Градуювання мідного термометра опору 50М

t, °C	R, Ом	t, °C	R, Ом	t, °C	R, Ом	t, °C	R, Ом	t, °C	R, Ом
-50	39,24	-20	45,28	40	58,56	100	71,40	160	84,23
-40	41,40	0	50	60	64,12	120	75,67	180	88,51
-30	45,28	20	54,28	80	67,12	140	79,95	200	92,79

 

Градуювання платинового термометра опору 100П

t, °C	R, Ом	t, °C	R, Ом	t, °C	R, Ом	t, °C	R, Ом	t, °C	R, Ом	t, °C	R, Ом
-200	17,30	-40	84,01	120	146,79	280	206,52	440	263,26	600	316,96
-160	34,55	0	100	160	162,00	320	220,98	480	276,97	640	329,89
-120	51,35	40	115,79	200	177,03	360	235,26	520	290,49
-80	67,81	80	131,38	240	191,87	400	249,39	560	309,82