Определение температуры охлаждающей среды и скоропортящихся грузов Цель лабораторной работы: изучить устройствои принцип работы термометрических приборов, а также методов их проверки и настройки.1. Теоретическая часть
В международной системе единиц СИтемпература измеряется по термодинамической температурной шкале Кельвина (К), котораястроится в соответствии со вторым законом термодинамики, независимо от свойств термометрическоговещества. Кроме термодинамической шкалы, являющейся основной, используется Международнаяпрактическая температурная шкала Цельсия (°C) 1948 года, основанная на шести постоянныхтемпературных равновесиях между твердой и жидкой или жидкой и газообразной фазамиразличных веществ при нормальном атмосферном давлении (P = 760 мм. рт. ст.). Применяются также температурные шкалы отсчета в градусах Фаренгейта (°F), Ренкина (°R)и др.
Показания одной температурной шкалыв другую переводят с помощью следующих выражений:
tC= (T — 273,15),°C;
T = (tC+ 273,15), K;
tF= (9/5tC+ 32),°F;
tR= (9/5tC+ 491,67),°R.
Приборы, которые измеряют температурудо 500-600°C называются термометрами, а более высокую — пирометрами.
груз температура хладотранспорт датчик
Пирометр — прибор для бесконтактногоизмерения температуры тел. Принцип действия основан на измерении мощности тепловогоизлучения объекта измерения преимущественно в диапазонах инфракрасногоизлучения и видимого света. Изначально термин использовался применительно к приборам,предназначенным для измерения температуры визуально, по яркости и цвету сильно нагретого (раскалённого)объекта. В настоящее время смысл несколько расширен, в частности, некоторые типыпирометров (такие приборы правильнее называть инфракрасные радиометры)измеряют достаточно низкие температуры (0°C и даже ниже), при которых тепловое излучение не видно человеческим глазом.
На хладотранспорте применяют толькотермометры.
Для контроля, регистрации и регулированиятемпературы на железнодорожном хладотранспорте используют дилатометрические термометры,контактные термометры, термографы, манометрические термометры, металлические и полупроводниковыетермометры сопротивления и др.
/>
Рис.1.1 Дилатометрический термометр:а — дилатометрический термометр с наружной шкалой; б — дилатометрический термометрс вложенной шкалой
Дилатометрический термометр (рис.1.1)основан на измерении меняющихся с температурой размеров тел. Из дилатометрическихприборов наибольшее распространение получили жидкостные, в том числе ртутные и спиртовые.Недостатками дилатометрических термометров являются их хрупкость и большая тепловаяинерция.
Контактный термометр (рис.1.2) состоит из ртутного термометрас двумя шкалами (верхней и нижней). По нижней определяют температуру окружающейсреды. Верхняя необходима для установления на ней контролируемого значения температуры.Контактный термометр служит для сигнализации и поддержания постоянной температурыконтролируемой среды. Впаянные в капилляр один, два или три платиновых контактана отметках шкалы, соответствующих температурным точкам сигнализации или заданнымзначениям регулируемой температуры, обеспечивают замыкание или разрыв электрическихцепей.
/>
Рис.1.2 Контактные термометры: а — прямой контактный термометр;б — угловой контактный термометр
Манометрический термометроснован на измерении давления, меняющегося в замкнутом пространстве с изменениемтемпературы.
Термометр сопротивления основанна измерении величины электрического сопротивления проводника или полупроводника,изменяющегося с температурой. Определение температуры с помощью таких датчиков заключаетсяв измерении их сопротивления с использованием мостовой цепи Уитстона (рис.1.3),в которую включены четыре резистора, соединенные последовательно в замкнутый контур.
/>
Рис.1.3 Схема измерения температурыс использованием мостовой цепи Уитстона
К двум противоположным точкам мостаа и в подключён источник питания Е, а к точкам с и d — измеритель равновесия схемы(гальванометр). Диагональ а-в получила название диагонали питания, а диагональ с-d- измерительной диагонали. Плечо RX является объектом измерения, плечоR3 — объектом сравнения. Резисторы R2 и R4 служатдля создания разности потенциалов на измерительной диагонали. Гальванометр служитуказателем измеряемой величины.
Для измерения температуры применяютуравновешенные и неуравновешенные мосты. Схема измерения температуры металлическимтермометром сопротивления на основе уравновешенного моста приведена на рис.1.4.
Процесс измерения основан на созданииусловия равновесия, которое имеет вид:
/>
Мост уравновешивается с помощью реохордаR. При этом разность потенциалов на измерительной диагонали должна равняться нулю.Уравновешивая плечи моста при помощи реохорда, замеренную температуру отсчитываютпо температурной шкале реохорда. Сопротивление датчика определяется по формуле.
/>
Рис.1.4Схема измерения температуры металлическим термометром сопротивления: Rt — резисторы измерения; R1 и R2 — уравнительные резисторы;R3 — резистор сравнения; П — переключатель; Е — источник электрическоготока
/>
Сопротивление резистора сравненияR3 остается неизменным, а величины R1 и R2 определяютсяпо шкале регулировочного реостата. Металлический термометр сопротивления (рис.1.4)основан на принципе измерения величины электрического сопротивления металлическогопроводника (терморезистора), увеличивающегося при повышении температуры. Он представляетсобой патрон, внутри которого помещена спираль из тонкого медного проводника (изпроволоки d = 0,1 мм для измерения температур от — 50 до +150°С, R = 53 ± 0,1 Омпри 0°С). По терморезистору от источника пропускается электрический ток. Сопротивлениетерморезистора изменяется в зависимости от температуры и замеряется уравновешенныммостом. Каждой температуре соответствует определенное сопротивление терморезистора.Термометр сопротивления может быть удален на значительное расстояние от места замера.
Металлические термометры сопротивленияприменяют для измерения температуры в 5-вагонных секциях Брянского машиностроительногозавода (БМЗ), а также в холодильных складах на входе и выходе воздуха из испарителяхолодильной установки непосредственного охлаждения. В грузовом помещении каждоговагона установлено четыре датчика, из них два — на входе и выходе воздуха из воздухоохладителя,один — на боковой стене у дверного проема и один — на гибком проводе, что позволяетпомещать его в любом месте, в том числе и в грузе. Схема размещения датчиков в грузовомвагоне 5-вагонной секции БМЗ приведена на рис.1.5 Температуру в грузовых вагонахконтролируют тремя способами: выборочный ручной дистанционный контроль, автоматическийконтроль с периодической записью, местное измерение температуры. В качестве датчиковтемпературы в этих системах используются платиновые терморезисторы сопротивления,а воспринимающие (показывающие) приборы для каждой системы подобраны индивидуально.
/>
Рис.1.5Схема размещения датчиков температуры в грузовом вагоне 5-вагонной секции БМЗ: 1и 2 — датчики на входе и выходе воздуха их воздухоохладителя; 3 — датчик на боковойстене; 4 — датчик на гибком проводе.
Кроме термометров сопротивления сдатчиками из чистых металлов (платины, меди, железа) применяют термометры сопротивленияс датчиками из полупроводников (термисторов), обладающих отрицательным температурнымкоэффициентом, т.е. с повышением температуры на один градус сопротивление их уменьшаетсяна 1-3 %. Полупроводниковый термометр сопротивления представляет собой термистор,включенный в плечо неуравновешенного моста (рис.1.6).
/>
Рис.1.6.Схема измерения температуры полупроводниковым термометром сопротивления
Перед каждым измерением температурыв рефрижераторном вагоне переключателем П включают контрольный резистор RКи устанавливают при помощи регулировочного резистора RР стрелку миллиамперметрав контрольное положение, обозначенное на шкале красной точкой, которая соответствуетопределенной температуре. После этого переключателем П поочередно включают термисторы.На шкале миллиамперметра стрелка указывает температуру в замеряемой точке. Температурныйкоэффициент термистора обратно пропорционален квадрату температуры, поэтому шкалаизмерительного прибора при непосредственном измерении сопротивления термистора Rtбудет нелинейной.
Линейную характеристику получаютпутем включения в цепь термистора Rt, шунтирующего RШ и дополнительногоRд резисторов. При этом характеристика цепи принимает вид прямой, а шкала измеряющегоприбора будет равномерной.
К достоинствам полупроводниковыхтермометров сопротивления следует отнести высокую точность измерения, легкость осуществленияавтоматической записи и дистанционной передачи показаний, простоту эксплуатации,дешевизну, продолжительный срок службы. Недостатком таких термометров является потребностьв источнике электроэнергии.
Полупроводниковые термометры сопротивленияустановлены в 5-вагонных секциях ZB-5 и автономных рефрижераторных вагонах (АРВ).Температурные датчики размещены на входе и выходе воздуха из испарителя (1 и 2- первого испарителя, 5, 6 — второго) и на боковых стенах (3,4), а для измерениятемпературы груза служит датчик термометра на гибком проводе (7). Место подключенияпереносной термостанции обозначено цифрой 8. Схема размещения датчиков температурыв грузовом помещении АРВ приведена на рис.1.7.
/>
Рис.1.7 Схема размещения датчиковтемпературы в грузовом помещении АРВ
Переносная термостанция собрана посхеме уравновешенного моста и необходима для снятия показаний температуры без вскрытиягрузового помещения вагона. Измерение проводится механиком пункта технического обслуживанияАРВ. Переносной термостанцией оснащены также и 5-вагонные рефрижераторные секции.Сопровождающая бригада использует ее для более точного измерения температуры в грузовыхвагонах.
Основными датчиками, используемымидля измерения температуры на рефрижераторном подвижном составе, являются терморезисторытипа ТСП-6108 (платиновые, сопротивлением 100 Ом при температуре 0°С) и ТСМ-010(медные сопротивлением 53 Ом при температуре 0°С), а также термисторы типа ТNМ(сопротивлением 2500 Ом при температуре 0°С).
/>
Рис.1.8 Переносная термостанция
Переносная термостанция (рис.1.8) — для измерения температурыв грузовом помещении АРВ и 5-вагонных секциях. При подключении к розетке 1 измеряюттемпературы входящего и выходящего воздуха воздухоохладителя первого агрегата, крозетке 2 — в грузовом помещении (левая и правая сторона), к розетке 3 — температуравходящего и выходящего воздуха воздухоохладителя второй холодильной установки. Термостанцияс помощью удлинителя 4 соединена со специальной вилкой 5, которую при измеренииподключают поочередно в розетки 1,2,3.
К термометрам сопротивления такжеотносится термопара (рис.1.9), которая состоит из двух спаянных металлическихпроводников, присоединенных проводами к чувствительному гальванометру. Поотклонению стрелки гальванометра определяют разность температур среды, в которуюпомещен рабочий спай, и среды, в которой находятся свободные концы термопары. Спомощью термопары измеряют температуру в пределах от — 50°С до 1000°С и выше.Например, термопара платина-родий-платина имеет диапазон измерений от — 20 до1300°С.
/>
Рис.1.9Схема измерения температуры термопарой: 1 — рабочий спай; 2 и 3 — свободные концы;4 — гальванометр
Термопары по способу действия основанына изменении электродвижущей силы постоянного тока в спае двух разнородных металловвследствие разности температуры окружающей среды у рабочего спая и свободных концов.Самым распространенным термоэлементом является NiCr — Ni.
Термограф— прибордля измерения и регистрации температуры. К основным конструктивным элементам термографаотносятся: термометр, самописец для регистрации показаний термометра на бумажнойдиаграмме, часовой механизм, приводящий в движение диаграмму или самописец относительнодруг друга. В термографах рефрижераторных вагонов и контейнеров в качестве термометровиспользуют термометры сопротивления.
В настоящее время в связи с развитием электронной техники, большоераспространение получила технология измерения температуры с применением электронныхтермометров: инфракрасный термометр с лазерным целеуказателем; высокотемпературныйтермометр; минитермометр с проникающим зондом и сигналом тревоги.
Все тела излучают электромагнитные волны, то есть излучают теплов зависимости от их температуры. В процессе теплового излучения энергия перемещается,что позволяет измерять температуру тела на расстоянии без контакта с телом.
Бесконтактное измерение поверхности температуры получило распространениев 90-х годах 20 века и применяется главным образом, там, где контактные термометрыне могут быть использованы.
Технология инфракрасного измерения обеспечивает легкую регистрациютемпературных данных даже при быстрых и динамичных процессах. К тому же, бесспорнымпреимуществом технологии является малое время реакции сенсоров и систем.
Практической реализацией в настоящее время являетсяинфракрасныйтермометр с лазерным целеуказателем — прибор для бесконтактного измерения температуры(рис.1.10). Прибор имеет память на 90 протоколов измерений, звуковую сигнализацию,которая используется в случаях превышения заданных предельных значений температур,а также программное обеспечение для архивации и документирования данных измеренийс помощью ПЭВМ.
Инфракрасные термометры используются для:
измерения температуры пищевых продуктов;
определения поверхностей компрессоров, корпусов и несущих компонентовбольших и малых двигателей;
измерение температуры движущихся компонентов (на движущемся конвейере,вращающихся колесах, металлопрокатных станках, колесных парах и др.).
Причинами некорректного измерения инфракрасного термометра являютсяпыль и частицы грязи, дождь, пар, газы.
Технические характеристики инфракрасного термометра приведеныв табл.1.1.
Таблица 1.1. Технические характеристики инфракрасноготермометраТехнические данные
Диапазон
измерений
от — 500С до +5000С Разрешение
от 0,10С до 0,50С Погрешность
от ±0,50С до ±20С Спектр диапазона от 8 до 14 μм Вес от 80 до 200 г
Для измерения температуры элементов рефрижераторных установокиспользуется высокотемпературный измерительный прибор с памятью данных (рис.1.11)- прибор для измерения высоких и низких температур. При полном оснащении приборсохраняет и отображает на дисплее данные измерений до 3 подключаемых температурныхзондов. Температурные характеристики регистрируются в памяти прибора, анализируютсяи выводятся в виде графиков и таблиц на ПЭВМ. Результаты измерений передаются поинфракрасному каналу. Возможно хранение индивидуальных протоколов или файлов с результатамиизмерений. Цикличность сохранения данных задается пользователем и изменяется в пределахот 0,5 секунды до 24 часов. Существует акустический сигнал тревоги при повышениипредельных значений. Технические характеристики высокотемпературного прибора приведеныв табл.1.2.
Таблица 1.2. Техническиехарактеристики высокотемпературного прибораТехнические данные
Диапазон
измерений
от — 2000С до +13700С Разрешение
0,10С Погрешность
±0,30С Габариты 220×74×46 мм Вес 428 г Ресурс батареи 300 ч Порядок выполнения работы:
1. Проверить точность приборов для измерения температуры
После изучения устройства и принципа действия приборов для измерениятемпературы провести проверку правильности показаний дилатометрических термометром.
Проверка рабочих термометров производится как по реперным точкам(температура плавления льда 0 0С, температура кипения воды 100 0С)так и путем сравнения показаний рабочего термометра с показаниями образцового.
Результаты замеров записать в табл.1
Таблица 1Условия для замеров Показания образцового прибора (название прибора)
Показания проверяемого прибора
(название прибора) Показания проверяемого прибора (название прибора) Показания проверяемого прибора (название прибора)
Реперная точка — температура кипения воды 100 0С Погрешность +/-
При заполнении таблицы следует указать название приборов и условия,при которых производились замеры (начальные условия — 15-20 мин от начала занятий,конечные условия — перед окончанием занятия, другие условии — при открытом окне,при солнечной погоде, при пасмурной погоде, при работе кондиционера и др.)
2. По результатам расчетов определить погрешности измерения различнымиприборами по отношению к образцовому.
3. Сформировать отчет с теоретической частью, результатами замерови выводом о точности приборов.