Термоэлектрический пирометр это комплект, который состоит из термоэлектрического преобразователя (термопары), подключенных к ней компенсационных и соединительных проводов и показывающего или регистрирующего измерительного прибора. В качестве такового может быть использован либо переносный или щитовой милливольтметр, либо автоматический потенциометр.
Старинный термоэлектрический пирометр 1910 года
Современный цифровой термоэлектрический пирометр
В случае применения милливольтметра в условиях эксплуатации электрическое сопротивление термопары, компенсационных и соединительных проводов с точностью до ±0,1 ом должно равняться указанной на шкале милливольтметра величине Rвн.
Сопротивления цепи термопары доводят до требуемого с помощью уравнительной катушки, включаемой последовательно с термопарой.
Поверка показаний термоэлектрического пирометра иногда осуществляется комплектно, без предварительной градуировки термопары, входящей в его состав. В этом случае подключенную к милливольтметру или автоматическому потенциометру термопару помещают вместе с образцовой термопарой в поверочную печь.
Если температура свободных концов термопары отличается от 0° С, то при разомкнутой цепи милливольтметра корректором устанавливают его стрелку на отметку шкалы, соответствующую температуре свободных концов.
Этой операции делать не нужно, если в комплекте пирометра использован автоматический потенциометр надлежащей градуировки или милливольтметр, снабженный устройством для автоматической корректировки температуры свободных концов термопары. В этих случаях компенсационные провода должны быть доведены до зажимов измерительного прибора.
Термопара
Постепенно повышая силу тока в поверочной печи, с помощью образцовой термопары устанавливают в печи температуры, следующие одна за другой через целые сотни градусов, стабилизируя печь на каждой температуре в течение нескольких минут.
Значение установившейся в печи температуры определяют по термо-ЭДС образцовой термопары, отсчитываемой лабораторным потенциометром, и одновременно отсчитывают (без постукивания) показания измерительного прибора пирометра.
Дойдя до верхнего предела шкалы измерительного прибора, постепенно снижают температуру в печи и в обратном порядке повторяют отсчеты показаний измерительного прибора приблизительно при тех же температурах в печи, что и при повышении температуры.
Для каждого значения температуры в печи находят среднее показание прибора из отсчетов при повышающейся и понижающейся температуре.
Погрешность показаний пирометра находят как разность числовых значений — среднего показания прибора и температуры в печи, определяемой по термо-ЭДС образцовой термопары.
Разность отсчетов показаний измерительного прибора при повышающейся и понижающейся температуре в печи характеризует вариацию показаний пирометра.
Такой метод поверки показаний термоэлектрического пирометра мало эффективен, так как требует значительной затраты времени на поверку одного комплекта. Поэтому удобнее метод холодное градуировки термоэлектрического пирометра. Он заключается в следующем.
Термопару, предназначенную для включения в комплект пирометра, предварительно подвергают индивидуальной градуировке в том интервале температур, который соответствует диапазону шкалы измерительного прибора, и определяют значения ее термо-ЭДС для температур рабочего конца, соответствующих оцифрованным отметкам шкалы измерительного прибора.
Далее, если в качестве измерительного прибора используют автоматический потенциометр, то на его зажимы с помощью лабораторного потенциометра подают напряжения, равные числовым значениям термо-ЭДС термопары. Отклонения показаний потенциометра от оцифрованных отметок шкалы являются погрешностями поверяемого пирометра.
При поверке термоэлектрических пирометров, в комплект которых входит платинородий-платиновая термопара, следует иметь в виду, что часть термопары, находящаяся в печи при высокой температуре, существенно меняет свое электрическое сопротивление. Величина, на которую вследствие этого меняется Rвн пирометра, может быть определена расчетом.
Допустимая инструментальная погрешность термоэлектрического пирометра, представляющего собой комплект из термопары и измерительного прибора, очевидно, может быть легко определена арифметическим суммированием допустимых погрешностей каждого из составляющих комплекта.
Так, например, для пирометра, состоящего из термопары с допустимой погрешностью градуировки ±0,75% и измерительного прибора класса 1,5, допустимая погрешность будет равна ±2,25% от верхнего предела измерений пирометра.
Если термоэлектрический пирометр проверяют индивидуально, то суммарную инструментальную погрешность измерения температур таким пирометром оценивают исходя из величин возможных погрешностей термопары, компенсационных проводов и измерительного прибора в соответствии с классом точности последнего.
В показаниях термоэлектрического пирометра, использующего милливольтметр в качестве измерительного прибора, может возникнуть систематическая погрешность, обусловленная несоответствием величины сопротивления внешней цепи в условиях эксплуатации тому значению, которое принимали при поверке пирометра.
В связи с этим часто возникает необходимость измерения сопротивления внешней цепи пирометра при термопаре, установленной в нагретой печи.
В этом случае (при подключении цепи термопары в плечо обычной мостовой схемы для измерения сопротивления) в схеме, помимо источника тока, питающего схему, возникнет второй источник (термопара). Нормальная работа мостовой схемы в этом случае будет нарушена.
В термоэлектрических пирометрах, в комплект которых входит автоматический потенциометр, снабженный градусной шкалой» изменение термо-ЭДС термопары, обусловленное колебаниями температуры ее свободных концов, автоматически корректируется с помощью устройства, встроенного в потенциометр.
Для нормальной работы этого устройства необходимо только, чтобы к зажимам потенциометра были непосредственно подключены концы компенсационных проводов от термопары.
Это же правило следует соблюдать при монтаже пирометра, в состав которого входит милливольтметр, снабженный биметаллическим корректором, устанавливающим стрелку милливольтметра при разорванной цепи термопары на отметку шкалы, соответствующую температуре самого милливольтметра.
В практике промышленных измерений температур нередко приходится вводить термопару в пространство с мощным электрическим полем. Таковы, например, условия измерения температур жидкой стали в дуговых электропечах.
Сильное снижение электроизоляционных свойств керамической арматуры термопар при высоких температурах приводит к тому, что в цепь термопары проникает переменный ток промышленной частоты с напряжением, достигающим в ряде случаев десятков вольт.
Заземление термопары далеко не всегда позволяет в должной мере устранить искажающие наводки переменного тока. Более радикальным средством является включение в цепь термопары емкости и индуктивности.