2.2.Измерительные приборы (преобразователи) температуры.

Температура - степень нагретости тела, что характеризуется скоростью перемещение элементарных частичек в зависимости от нагрева.

В зависимости от физических качеств тел используемых в термометрах они разделяются на термометры расширения, манометрические, термометры сопротивления, термоэлектрические. Температура измеряется в градусах.

Т= -273К

Приборы (преобразователи) температуры используется в системах контроля сигнализации и защиты, регулирование и управление.

В биметаллических приборах температуры (Рис.9.) используются свойства материалов, которые состоят из двух крепко соединенных (спаянных) металлов (инвар - медь) имея разные коэффициенты линейного расширения под действием температуры, деформируются (отвергаются).

Схемы биметаллических измерителей приведены на рисунке 9, а,б,в,г В которых чувствительный элемент изготовлен а - пластинчатый, б -плоская спираль, в - цилиндрическая, г - дилатометрическая .

Дилатометрический унифицированный термометр с электрическим исходным сигналом типа ТУДЕ представлен на рисунке 10 предназначен для сигнализации и двухпозиционного регулирование температуры газов и жидкостей, принцип действия которого основанный на пропорциональном изменении длины чувствительного стержня - 13 в зависимости от температуры регулируемой среды, которая ведет к замыканию или размыканию контактов - 9 и 10.

При изменении температуры регулируемой среды изменяется длина чувствительного стержня - 13, что вызовет перемещение стержня с контактным устройством. Рычаг - 3 впираясь в винт - 4, начнет возвращаться относительно - 8 и займет такое положение при котором сила действующей пружины - 8 меняет свое направление и будет приводить в движение рычаг - 5. Ричаг - 2 связанный с ричагом - 5 через пазы направляющей - 7, замыкают или размыкают контакты - 9 и 10.

Манометрические термометры и реле температур

Датчики температуры манометрического типа (Рис.11.) представляют собой замкнутые системы, которые состоят из термопатронов - 1 соединенных капиллярными трубками - 2 с измерителями давления манометрическими трубками - 3 или сильфонами - 3. Система заполняется жидкостью ксилол, ртуть для температуры 30-750^О и метиловый спирт для температуры 40-140^ос или инертным газом.

Температура кипения жидкости должна быть высшей от измерительной, кроме того, жидкость должна характеризоваться большим объемным коэффициентом расширения.

Для уменьшения влияния температуры окружающей среды на точность приборов объем термопатронов должен быть значительно большим объема капилляров.

Парожидкостные измерители (черт 11. б, в) заполняются хлористым метилом, этиловый эфир, ацетон, а кривые зависимости давления насыщенного пара от температуры для некоторых наполнителей показанная на рис.11, где 1-хлористый етил, 2 - этиловый эфир, 3 - ацетон, 4 - вода, 5 - октан, 6 -давтернит.

В холодильных системах и системах сигнализации защиты используется термореле типа ТДД, ТРДК, КДР, КРМ, которые работают следующим образом: при достижении верхнего значения температуры контакты термостата размыкаются разрывая цепь питания исполняющего органа, а при снижении температуры замыкают контакты.

По такой схеме действуют реле температуры марки ТДД двухдиапазонного типа (черт. 12.) Реле включает в себя термочувствительную систему - 1 и исполняющий механизм с электрическими контактами - 2. Для судовых установок применяется реле температуры ТРДК - 3 с настройкой 25-30^ос и ТР-2А-06ТН с настройкой 60-16(Г.

Газовые манометрические термометры с электрическим исходным сигналом (черт. 13) предназначенные для неприрывного измерения температуры газов, пара, и жидкости и преобразование измеренной температуры в пропорциональный сигнал давления.

Манометрическая термосистема температур состоит из термопатрона - 1, дистанционного капилляра - 2 и манометрической пружины (трубку Бурдона) - 4.

Изменение температуры действует на манометрическую пружину, которая через шестерню - 5 и сектор действует на стрелку - 3. На вехе сектора закрепленный рычаг - 7 к которому закрепленная пружина - 8. Второй конец пружины закреплен с рычагом движка - 9 преобразователя - 10. Перемещение движка изменяет параметры преобразователя в результате чего на выходе появляется электрический сигнал пропорциональный температуре измерительной среды.

Термометры сопротивления. Действие термометров сопротивления основанная на свойстве проводников изменять электрическое сопротивление под действием изменения температуры. В качестве материала для изготовления термометров сопротивления используют чистые металлы в виде тонкой проволоки (платину) диаметром 0,05-0,07 мм из платины, меди, никеля, железа для измерения температуры от 100 до 630^o. Термометры сопротивления используют в приборах систем контроля сигнализации и регулирование температуры. В них кроме чувствительного элемента есть источник тока и измерительный уравновешенный мост который изображенный на рисунке 14.

Перемещая ползунок реостата R3 приводят мост в уравновешенное состояние при котором гальванометр G фиксирует отсутствие тока в диагоналях моста I, = 0, R_t = const. Таким образом, на равнозначных режимах величина R_s пропорциональная измерительному сопротивлению зависимому от температуры.

Термометр сопротивления платинового типа ТСП - 972 предназначенный для измерения температуры от - 10 к + J20 при относительной влажности 98%. Принцип действия основан на свойстве платины изменять свое электрическое сопротивление в зависимости от температуры и состоит из термометра - 1, головки - 2 и крышки - 3 конструкция защитной арматуры сварная, термометр вибростойкий.

Терморезисторы - полупровщниковые приборы,изготовленные с полупроводникового материала с большим отрицательным температурным коэффициентом, в котором используется зависимость электрического сопротивления полупроводника от температуры. Значение сопротивления R_T=Аехр(В/Т)

где:

А - постоянная зависимая от размеров и формы терморезистора. В - постоянная зависимая от физических качеств полупроводника Т - температура терморезистора ^ot. Температурный коэффициент полупроводникового терморезистора отрицательный (чем больше температура, тем меньше сопротивление терморезистора) он достигает значения от - 2,5 до 4% , которые в 6-10 раз больше температурного коэффициента металлов (проводников) и зависит от температуры.

На рисунке (15а) представленное устройство терморезистора серии КМТ - 1 представляет собой полупроводниковый стержень - 1 покрытый эмалевой краской с контактными колпачками - 2, выводами - 3. Терморезистор ММТ -4, ( рис.15б) смонтированный в металлическом корпусе - 6 и

герметизирован стеклом - 8, оловом - 9, стержень - 5 обвернутый металлической фольгой - 4.

Токоотвод - 7 выполненный из тонкой проволоки. Номинальное значение сопротивления от 1 до 200 ком используется для измерения температур от -100 к + 130 ^ос.

Термопары (термоэлементы) (рис.16, а, б, в) - это устройство которое состоит из двух проводников, споев разных металлов или полупроводников на свободных концах которых возникает ЕРС постоянного тока при различности нагрева споев.

Для разных термопар - ЕРС разная и зависимость от физического состояния материалов (присутствие примесей, механической нагрузки, кристаллической решетки).

Величина термо - ЕРС объясняется, неодинаковой плотностью свободных электронов в разных проводниках. Вследствие чего возникает в частях соединения возникает дефузия электронов с большей плотностью свободных электронов которая приобретает положительного заряда а проводник с меньшей плотностью отрицательный потенциал. Таким образом, в месте соединения проводников возникает разность потенциалов значения, которых зависит от температуры места соединения, согласно Закону Пельтье.

Для измерения температуры используются термометры которые имеют высокую термо - ЕРС, линейную зависимость термо - ЕРС от разности температур споев. В зависимости от материала, термопары бывают по типам:

ПТТ - платина - платинородий с границей измерения температуры до 1300 ^ос ХА - хромель - алюминиевый с границей измерения температуры до 600 ^0L ХК - хромель - копелевый с границей измерения температуры до 600 ^OL ЖК - железо - копелевый с границей измерения температуры до 600 ^ot MFC - медно - копелевый с границей измерения температуры до 300 ^ot Рабочие концы термопар могут быть соединены сваркой, пайкой или кручениям.

А,В - разнородные проводники 01, 02, - споя или скрутки

01 - скрутка (спой) в рабочей среде

02 - скрутка (спой) свободный t₀

Для замкнутой цепи составленного с двух проводников термо - ЕРС равная сумме различности потенциалов споев.

Термопары имеют защитную арматуру, кожух с электроизоляцией и головку для подключения милливольтметра от градуированного по шкале температур.

Положительное качество - большая граница измерения, высокая чувствительность, возможность дистанционной передачи результатов.

Недостатки – инерционность влияния температуры окружающей среды.