Jak sprawdzić pirometr termoelektryczny
Pirometr termoelektryczny to zestaw składający się z z konwertera termoelektrycznego (termopary), podłączonych do niego przewodów kompensacyjnych i łączących oraz przyrządu pomiarowego wskazującego lub rejestrującego. W związku z tym można użyć przenośnego lub panelowego miliwoltomierza lub automatycznego potencjometru.
Zabytkowy pirometr termoelektryczny z 1910 roku
Nowoczesny cyfrowy pirometr termoelektryczny
Jeżeli miliwoltomierz jest używany w warunkach roboczych, rezystancja elektryczna termopary, przewodów kompensacyjnych i łączących musi być z dokładnością do ± 0,1 oma równa tej wskazanej na skali miliwoltomierza wielkość R wewn.
Rezystancja obwodu termopary jest regulowana do wymaganej wartości za pomocą cewki kompensacyjnej połączonej szeregowo z termoparą.
Sprawdzanie wskazań pirometru termoelektrycznego przeprowadza się niekiedy w komplecie, bez uprzedniej kalibracji termopary wchodzącej w jego skład.W tym przypadku termopara podłączona do miliwoltomierza lub potencjometru automatycznego jest umieszczana wraz z termoparą wzorcową w piecu kalibracyjnym.
Jeżeli temperatura wolnych końców termopary różni się od 0 ° C, to gdy obwód miliwoltomierza jest otwarty, korektor dostosowuje swoją strzałkę do znaku na skali odpowiadającego temperaturze wolnych końców.
Czynność ta nie jest konieczna w przypadku zastosowania w zestawie pirometru odpowiednio skalibrowanego automatycznego potencjometru lub miliwoltomierza wyposażonego w urządzenie do automatycznej korekty temperatury wolnych końców termopary. W takich przypadkach przewody kompensacyjne należy doprowadzić do zacisków przyrządu pomiarowego.
Termoelement
Poprzez stopniowe zwiększanie prądu w piecu kalibracyjnym za pomocą termopary wzorcowej temperatury pieca są ustawiane jedna po drugiej w zakresie setek stopni, stabilizując piec w każdej temperaturze przez kilka minut.
Wartość temperatury ustalonej w piecu określana jest za pomocą termo-EMF termopary wzorcowej odczytywanej potencjometrem laboratoryjnym, jednocześnie (bez stukania) odczytywane są wskazania pirometrycznego urządzenia pomiarowego.
Po osiągnięciu górnej granicy skali urządzenia pomiarowego temperatura w piecu jest stopniowo obniżana iw odwrotnej kolejności odczyty urządzenia pomiarowego są powtarzane przy mniej więcej takich samych temperaturach w piecu, jak przy zwiększaniu temperatury.
Dla każdej wartości temperatury pieca znajdź średni odczyt urządzenia na podstawie odczytów, gdy temperatury rosną i spadają.
Błąd odczytów pirometru ustala się jako różnicę między wartościami liczbowymi - średnim odczytem urządzenia i temperaturą w piecu określoną przez termo-EMF termopary odniesienia.
Różnica między odczytami przyrządu pomiarowego wraz ze wzrostem i spadkiem temperatury w piecu charakteryzuje zmianę odczytów pirometru.
Ta metoda sprawdzania wskazań pirometru termoelektrycznego jest mało wydajna, ponieważ wymaga znacznej ilości czasu na sprawdzenie jednego zestawu. Dlatego metoda zimnej kalibracji pirometru termoelektrycznego jest wygodniejsza. Jest następująco.
Termoelement przeznaczony do włączenia do zestawu pirometru jest uprzednio poddawany indywidualnej kalibracji w zakresie temperatur odpowiadającym zakresowi skali przyrządu pomiarowego oraz wartościom jego termo-EMF dla temperatur końca roboczego odpowiadających do określonych oznaczeń numerycznych na skali przyrządu pomiarowego.
Ponadto, jeśli automatyczny potencjometr jest używany jako urządzenie pomiarowe, wówczas napięcia równe wartościom liczbowym termo-EMF termopary są przykładane do jego zacisków za pomocą potencjometru laboratoryjnego. Odchylenia wskazań potencjometru od wskazań skali są błędami sprawdzanego pirometru.
Podczas testowania pirometrów termoelektrycznych, które zawierają termoparę platynowo-rodowo-platynową, należy zauważyć, że część termopary, która znajduje się w piecu w wysokiej temperaturze, znacznie zmienia swoją rezystancję elektryczną.Wielkość, o jaką zmienia się w rezultacie Rin pirometru, można określić za pomocą obliczeń.
Tolerancję błędu przyrządu pirometru termoelektrycznego, który jest zestawem termopar i przyrządu pomiarowego, można oczywiście łatwo wyznaczyć sumując arytmetycznie tolerancje każdego z elementów zestawu.
I tak np. dla pirometru składającego się z termopary o tolerancji błędu kalibracji ± 0,75% i miernika klasy 1,5 tolerancja wyniosłaby ± 2,25% górnej granicy pomiaru pirometru.
Jeżeli pirometr termoelektryczny sprawdzany jest indywidualnie, to całkowity błąd przyrządu przy pomiarze temperatur takim pirometrem szacowany jest na podstawie wartości możliwych błędów termopary, przewodów kompensacyjnych i przyrządu pomiarowego zgodnie z klasą dokładności ten ostatni.
W odczytach pirometru termoelektrycznego wykorzystującego miliwoltomierz jako przyrząd pomiarowy może wystąpić błąd systematyczny wynikający z rozbieżności między wartością rezystancji obwodu zewnętrznego w warunkach pracy a wartością zmierzoną podczas kalibracji pirometru.
W związku z tym często konieczny jest pomiar rezystancji obwodu zewnętrznego pirometru z termoparą zamontowaną w nagrzanym piekarniku.
W takim przypadku (gdy obwód termopary jest podłączony do ramienia konwencjonalnego obwodu mostka pomiarowego rezystancji), oprócz źródła prądu zasilającego obwód, w obwodzie pojawi się drugie źródło (termoelement). W takim przypadku normalne działanie obwodu mostkowego zostanie zakłócone.
W pirometrach termoelektrycznych, które zawierają potencjometr automatyczny wyposażony w podziałkę, zmiana termo-EMF termoelementu spowodowana wahaniami temperatury jego wolnych końców jest automatycznie korygowana za pomocą urządzenia wbudowanego w potencjometr.
Do normalnej pracy tego urządzenia niezbędne jest jedynie podłączenie końcówek przewodów kompensacyjnych termopary bezpośrednio do zacisków potencjometru.
Tej samej zasady należy przestrzegać podczas instalowania pirometru zawierającego miliwoltomierz wyposażony w bimetaliczny korektor, który ustawia wskazówkę miliwoltomierza w przypadku przerwania obwodu termopary do znaku skali odpowiadającego temperaturze samego miliwoltomierza.
W praktyce przemysłowych pomiarów temperatury często zachodzi konieczność wprowadzenia termopary do przestrzeni o silnym polu elektrycznym. Są to na przykład warunki pomiaru temperatury ciekłej stali w elektrycznych piecach łukowych.
Silny spadek właściwości elektroizolacyjnych ceramicznych łączników termopar w wysokich temperaturach prowadzi do tego, że prąd przemienny o częstotliwości przemysłowej o napięciu sięgającym w niektórych przypadkach kilkudziesięciu woltów wnika w obwód termopary.
Uziemienie termopary nie zawsze pozwala na właściwe wyeliminowanie zniekształcających przetworników prądu przemiennego. Bardziej radykalnym sposobem jest uwzględnienie pojemności i indukcyjności w obwodzie termopary.