Приборы для измерения, регулирования и контроля температуры.

Для измерения и регулирования температуры в нагревательных печах, установках и соляных ваннах применяют следующие контрольно-измерительные приборы: термометры, термопары, милливольтметры, потенциометры, пирометры, миллископы и т. д.

Термометры представляют собой простейшие приборы для измерения температуры в жидких и газовых средах от -50 до +600°С. Наиболее распространены жидкостные термометры, основанные на наблюдении видимого изменения высоты столбика ртути или окрашенного спирта, находящихся в стеклянном шарике.

Термопары предназначены для измерения температуры выше 600° С. Термопара представляет собой прибор, в котором имеется два разнородных проводника, спаянных с одного конца. В цепи из двух разнородных проводников при нагреве возникает термодвижущая сила (термо-э. д. с), величина которой возрастает с увеличением температуры нагрева в месте спая проводников. Термо-э.д.с. может изменяться и от вида металла.

Свариваемый конец термопары называют горячим спаем (рабочим концом), а несвариваемый конец - холодным спаем (свободным концом). Результирующая термо-э. д. с. равна разности термо-э. д. с, возникающих в горячем и холодном спаях.

Поэтому если свободный конец термопары имеет постоянную температуру, например 18°С, то для любого типа термопары термо-э. д. с. будет зависеть от того, до какой температуры нагрет рабочий конец термопары. Следовательно, о температуре печей, ванн и других устройств, к которым прикреплен рабочий конец термопары, судят по величине термо-э. д. с. Эта термо-э. д. с. определяется милливольтметром 4, присоединенным к свободному концу термопары. Термопары можно изготовлять из различных металлов и сплавов.

В термопарах ПП применяют проволоку диаметром 0,5- 0,6 мм, в остальных - диаметром 2-3 мм.

Проволоки в термопарах имеют длину 500-2000 мм и изолируются друг от друга фарфоровыми трубочками или бусами. Для защиты термопар от наружных механических повреждений их помещают в жароупорные чехлы.

Свободные концы проволок (до места постоянной температуры) удлиняют компенсационными проводами, изготовляемыми из тех же материалов, что и термопары.

Для хромель - алюминиевых термопар, применяют медно-константановые компенсационные провода, обладающие небольшим сопротивлением.

Для правильного измерения температуры в нагревательных печах термопару  устанавливают сбоку от нагреваемых деталей и сверху. Рабочий конец термопары должен отстоять от стенки печи на 250-300 мм и не должен подвергаться прямому воздействию пламени и электронагревателей.

Показывающие милливольтметры используют для измерения термо-э.д.с, возникаемой в термопаре. Они могут быть переносными и стационарными.

Показывающий милливольтметр состоит из постоянного магнита с полюсными башмаками из мягкой стали и сердечника, на который надета бескаркасная рама, вращающаяся в кольцевом зазоре. Магнитные силовые линии в этом зазоре имеют радиальное направление.

Ток термопары подводится через спиральные пружины, которые создают противодействующий момент. Внутренний конец пружин припаян к рамке, а наружный - к коллектору, соединенному со стрелкой. Проходя через рамку, ток взаимодействует с магнитным потоком постоянного магнита и создает магнитное поле, которое стремится повернуть рамку против действия пружин таким образом, чтобы ее плоскость была перпендикулярна к магнитным линиям постоянного магнита. Чем выше температура рабочего конца термопары, тем больше термо-э.д.с. и тем на больший угол поворачивается рамка и прикрепленная к ней стрелка. Следовательно, угол отклонения рамки и стрелки милливольтметра прямо пропорционален термо-э.д.с. и обратно пропорционален сумме сопротивлении в цепи милливольтметра.

Самопишущие милливольтметры применяют в тех случаях, когда нужно знать не только температуру в данный момент, на и весь режим нагрева за длительный период времени. Самопишущие милливольтметры отличаются от обычных показывающих приборов тем, что их стрелка через определенные промежутки времени касается движущейся с постоянной скоростью рулонной; бумаги. Между стрелкой и бумагой находится красящая лента. От периодических ударов дужки прибора по стрелке (через каждые 2 сек.) пишущий ролик оставляет на бумаге след от красящей ленты в виде ряда точек. Эти точки образуют температурную кривую. Температуры, измеряемые разными термопарами, записываются различными цветами. Передвижение бумаги и периодический удар стрелки осуществляются сильным часовым механизмом или моторчиком.

Потенциометры применяют для точных определений температуры (погрешность измерения не превышает ±5° С. Сущность измерения температуры потенциометром состоит в том, что электродвижущая сила термопары уравновешивается равной ей по величине, но противоположной по знаку электродвижущей силой от постороннего источника тока (сухого элемента).

В современных термических цехах для контроля и автоматического регулирования температуры используют электронные автоматические потенциометры ЭПД.

Эти приборы, как и все приборы, производящие измерение компенсационным методом, имеют многовитковый калиброванный реохорд, т. е. сопротивление из манганиновой проволоки, изготовленной в виде спирали.

В корпусе прибора расположены усилитель, реверсивный двигатель с редуктором, реохорд,  механизм установки рабочего тока, синхронный двигатель и другие узлы.

Температура в потенциометрах ЭПД записывается на дисковой диаграмме диаметром 300 мм, полный оборот которой происходит через 24 часа. Диаграмма находится на передней части откидного кронштейна. Вдоль диаграммы передвигается записывающая стрелка-перо, показывающая на диаграмме кривую хода температуры. Через отверстие в диаграмме проходит ось с показывающей стрелкой, закрепленной в стрелкодержателе . Для наблюдения за показаниями и записью крышка прибора имеет застекленное окно диаметром 330 мм.

Потенциометры ЭПД могут работать при температуре окружающего воздуха от 0 до +50°С и относительной влажности от 30 до 80%.

Пирометры предназначены для измерения высоких температур (до 1300°С) на определенном расстоянии от нагреваемого объекта. Они разделяются на оптические, радиационные, с фотоэлементом и т. д.

Оптические пирометры основаны на сравнении яркости нагретого тела с яркостью эталонного тела. Например, у пирометров с исчезающей нитью сравнивается интенсивность излучения нагретого тела с яркостью нити накаливания лампочки прибора.

Оптический пирометр с «исчезающей нитью» представляет собой зрительную трубу, внутри которой, имеется электрическая лампочка, питаемая от батареи. Ток, изменяемый реостатом, измеряется прибором, шкала которого разделена на градусы. Для измерения температуры трубу наводят на испытуемый объект, например на нагреваемую деталь в печи, таким образом, чтобы в окуляре было видно светлое пятно.

С увеличением силы тока светящаяся нить лампочки становится ярче, чем фон, полученный от нагретой детали, а с уменьшением тока - темнее, чем фон детали. Регулируя реостатом, ток в лампочке, можно сделать так, что изображение нити на фоне станет незаметным. По отклонению стрелки оптического пирометра определяют температуру нагрева металла в печах.

Радиационные пирометры, или ардометры, концентрируют тепловое излучение наблюдаемого тела на термопаре, находящейся внутри пирометра.

Прибор представляет собой трубу, в которой находятся объектив (линза), диафрагма, термоэлемент, соединенный с гальванометром и помещенный в стеклянный баллон в виде лампы, дымчатый фильтр и окуляр.

Радиационный пирометр наводится на раскаленное тело, лучистая энергия которого собирается линзой, сосредоточиваясь на горячем спае термопары термоэлемента. Возникающая при этом термо-э. д. с. измеряется гальванометром. Пирометр обладает небольшой инерцией и на изменение температуры в измеряемом пространстве печи или ванны реагирует быстро, т. е. практически не отстает от нее. Изменение температуры записывается автоматически.

Миллископы применяют для быстрого и точного измерения температуры нагрева движущегося тела. Наиболее широко они используются для контроля и автоматического регулирования температуры при пламенной поверхностной закалке и при нагреве т.в.ч.

Миллископ- безинерционный прибор. Его можно сравнить с пирометром, имеющим нить накаливания. В пирометре излучение нагреваемого тела и нити накаливания лампочки сравниваются на глаз, а в миллископе - при помощи фотоэлемента, преобразующего световую энергию в электрическую.

Сравнение в миллископе производится следующим образом. Перед фотоэлементом  помещают диск с отверстиями, приводимый в движение электродвигателем. Положение диска и тоэлементе (сернистый свинец) попеременно возникали изображения нагреваемого тела и нити накаливания тарированной лампы.

При равенстве обоих излучений фотоэлемент освещается одинаково, следовательно, напряжения равны. Если излучения энергии тела и тарированной лампы не равны, фотоэлемент освещается то сильнее, то слабее и в приборе возникает переменный ток, который будет отклонять стрелку температурного циферблата или вправо или влево, в зависимости от нагрева тела.