47

в виде жестко закрепленного сильфона 6, внутренняя полость которого заполнена воском с медными опилками. Датчик располагают в среде, температуру которой регулируют путем открытия (закрытия) проходного сечения подвода энергии, например, холодной жидкости или путем ее перепуска. Датчик вместе с регулирующим органом является простейшим терморегулятором.

а

б

в

г	д	е

Рис. 25. Функциональные схемы датчиков температуры

Д и л а т о м е т р и ч е с к и й д а т ч и к (рис. 25, в) состоит из трубки 10, нижний конец которой связан со стержнем 11, выполненным из материала с нулевым коэффициентом теплового расширения (сплав инвар, кварцевый стержень). Верхний конец трубки впаян в резьбовой штуцер, на фланце которого закреплен рычаг 8, прижимаемый к стержню 11 пружиной 7. Датчик устанавливают на трубопроводе или теплообменнике 9, а трубка 10 погружена в контролируемую среду. Трубку изготавливают из меди, латуни или стали. Изменение температуры среды приводит к пропорциональному перемещению рычага 8. Уравнение статики дилатометрического датчика

48

y = k (α1 −α2 ) l0 t0 ,

где α1 и α2 – соответственно коэффициенты линейного

расширения материалов трубки и стержня; l0 – активная длина дилатометра;

t0 −температура среды;
k	– коэффициент статической передачи рычага,
k =		OB	.
		OA

Недостатки прибора – малое перемещение, инерционность и невысокая точность измерения. Зато датчик обладает большим перестановочным усилием, что позволяет его использовать в качестве терморегулятора или термосигнализатора.

Б и м е т а л л и ч е с к и й д а т ч и к (рис. 25, г) состоит из плоской или спиральной биметаллической пружины 12, которая спаяна из двух пластин разнородных металлов. При изменении температуры пластины удлиняются неодинаково, вызывая изгиб плоской или скручивание спиральной пружины. Недостаток – невысокая точность измерения, достоинство – малая стоимость, простота и надежность.

Т е р м о м е т р и ч е с к и е д а т ч и к и по конструкции аналогичны жидкостным (см. рис. 25, а). Так, в парожидкостном датчике термопатрон заполняют на 2/3 объема жидкостью с температурой кипения ниже измеряемой, остальной объем занимают пары. Для диапазона измеряемых температур от –20о С до +100о С применяют хлорметил.

От 0о С до +125о С – хлорэтиловую жидкость, от 0о С до +150о С – этиловый эфир или ацетон, от 0о С до +200о С – бензол. Давление паров по капиллярной трубке с внутренним диаметром 0, 3 мм передается на дистанцию от 1.5…2 м до 9 м к датчику давления (манометру), шкала которого проградуирована в градусах Цельсия.

Общими недостатками этих датчиков являются большая тепловая инерционность, трудности ремонта в судовых условиях, ограниченность расстояния передачи входного сигнала.

49

Э л е к т р и ч е с к и е д а т ч и к и (рис. 25, д) с терморезисторами работают по принципу изменения активного сопротивления проводников и полупроводников при изменении их температуры.

К одной диагонали измерительного мостика Уитсона подведено постоянное напряжение, в другую – включен прибор для измерения тока, миллиамперметр. В три плеча мостика включены постоянные сопротивления R1, R2 , R3 в

четвертое – терморезистор Rk , который размещен в зоне измеряемой температуры. Сопротивления подбирают так,

чтобы при t = 00 С ток в цепи отсутствовал (мостик уравновешен). При изменении температуры ток Iд пропорциона-

лен температуре Iд = k t или y = k x (уравнение статики).

Диапазон измерений от –50 до +600о С. Датчик смонтирован в защитном герметизированном корпусе.

Терморезистор представляет собой каркас с намотанной на нем проволокой (платиновой, медной или никелевой).

Полупроводниковый терморезистор представляет собой смесь из порошкообразных окислов MnO2, CuO3, Fe2O3, NiO, спрессованную и спеченную при высокой температуре. По сравнению с проволочными полупроводниковые датчики обладают большим температурным коэффициентом электрического сопротивления при выраженной нелинейности и стабильностью сопротивления во времени.

Обозначение терморезисторов: платиновых – ТСП, медных – ТСМ, полупроводниковых – ММТ, КМТ и т.д.

Т е р м о м е т р и ч е с к и е д а т ч и к и (пирометры) применяют для измерения высоких температур в СЭУ. На рис. 25, е представлен пирометр, состоящий из термопары (два изолированных проводника из разнородных металлов, спаянных между собой и помещенных в защитный металлический термостойкий корпус). Этот спай называется «горячим», к свободным концам («холодным» спаям) присоединен милливольтметр. При разности температур между горячим и холодными спаями возникает термоэлектродвижущая сила (термоЭДС), измеряемая милливольтметром и

50

являющаяся выходным сигналом датчика. Применяемые приборы (пирометры) для измерения температур выпускных газов дизелей (типа ТКД - термометрический дизельный комплект) имеют дополнительное устройство для компенсации влияния температуры в месте установки измерительного устройства на выходной сигнал датчика. Обозначение термопар, например, платино-платинородиевых – ПП, хромель-копелевых – ХК, хромель-алюминиевых – ХА, медь-копелевые – МК и др.

Электрические датчики обладают высокой чувствительностью, широким диапазоном измеряемых температур, возможностью передачи сигнала на большие расстояния.

Они незаменимы при применении микропроцессорных комплектов в системах судовой автоматики.

§ 3. 3. Измерение уровня жидкости

П о п л а в к о в ы е д а т ч и к и у р о в н я получили широкое применение в СЭУ вследствие их простоты, линейности и малой стоимости при высокой надежности. Типичным представителем поплавковых датчиков является датчик фирмы «Мобрей». Датчик установлен в емкости на магнитопроницаемой вставке, перемещение рычага с поплавком вызывает перемещение магнита, который обеспечивает срабатывание герметизированных контактов (герконов), управляющих электрической цепью. В данном случае датчик использован в качестве сигнализатора уровня.

М е м б р а н н ы й д а т ч и к у р о в н я (рис. 26, а) широко применяется при автоматизации паровых котлов. Мембрана 5, разделяющая корпус датчика на две полости, является ЧЭ уровня воды в барабане котла 1. К жесткому центру мембраны подвешен груз 6. Нижняя полость корпуса через дроссельный клапан 7 соединена с конденсационным сосудом 2, уровень в котором поддерживается постоянным благодаря обратному сливу конденсата в котел через перепускную трубу. На мембрану снизу действует столб воды h0 . Верхняя полость соединена с водяным простран-