1.2. Терморезистиіші вимірювальні перетворювачі

Зупинимося на кількох терморезистивних електромеханічних сенсорах, у яких використання HK Si-Ge дозволило спростити конструкцію, розширити функціональні можливості і суттєво покращити метрологічні та експлуатаційні характеристики приладів. Уніфікації конструкції і єдиного принципового вирішення досягнуто шляхом створення базового перетворювача лінійних переміщень.

Використання терморезисторів з HK Si-Ge довжиною 1 мм і діаметром 15-20 мкм дозволило ліквідувати недоліки перетворювачів з провідниковими термочутливими елементами, тобто:

- знизити геометричні розміри і масу конструкції і тим самим зменшити механічну і теплову інерційність;

- підвищити чутливість і роздільну здатність за рахунок вищого TKO кристалів (а = 1,5-6 %К^-1);

- зменшити спотворення теплового поля нагрівника при переміщенні HK і тим самим знизити похибку перетворювача;

- розширити функціональні можливості за рахунок забезпечення необхідної залежності зміни опору HK від температури.

Дія запропонованих перетворювачів базується на локальному вимірюванні температури за допомогою мініатюрного кристала з НК.

Схема перетворювача наведена на рис.1, а.

Рис.1. Функціональна схема (а) і зовнішній вигляд (б) перетворювача лінійних переміщень.

Під дією вимірюваного переміщення х ( або іншої величини, яка може бути зведена до переміщення), вимірювальний стрижень 1 лінійно зміщується, що спричиняє зміну положення терморезистора 2 всередині нагрівника 3, і, тим самим, призводить до зміни його температури, а, значить, і опору. Чутливість перетворювача визначається, як

S = dR/dx = R₀M, (1)

де R₀ - початковий опір кристалу; - його температурний коефіцієнт опору; M - коефіцієнт, який характеризує градієнт температури нагрівника. Використання кристалів з певною залежністю R(T) дозволяє одержати на виході перетворювача необхідну функціональну залежність R(x) або U(x).

При конструюванні перетворювача враховано низку особливостей, що приводять до покращання його вимірювальних характеристик.

Окремим напрямком досліджень було створення мініатюрних термометрів опору. Терморезистивні сенсори призначені для локального вимірювання температури у важкодоступних місцях різноманітних пристроїв. При необхідності чутливий елемент може закріплюватися у корпусі, конструкція якого визначається умовами експлуатації.

На рис.2, а показана одна з конструкцій давача температури поверхні. Чутливий елемент розміщений у стоншеній торцевій частині корпуса (виготовленій з матеріалу підвищеної теплопровідності), і перебуває з него у надійному тепловому контакті.

Температура середовища сприймається торцевою частиною корпуса 1 і через тонкий шар теплопровідної пасти 2 (КПТ-8) передається терморезистору 3, опір якого змінюється пропорційно діючому значенню температури. Такі сенсори температури зручні в експлуатації, легкозамінні, характеризуються надійністю, стабільністю параметрів, можуть працювати на постійному і змінному струмах.

Рис.2. Конструкції (а, б) та зовнішній вигляд (в) сенсорів температури.

На рис.2,б наведена конструкція давача температури з двома ЧЕ.

На рис.2,в показано загальний вигляд розроблених сенсорів температури. Досвід експлуатації показує, що дозволяють швидко проводити вимірювання температури у складних умовах експлуатації (високі тиски, значні перевантаження і вібрації, агресивні середовища).

У наведених конструкціях крихкість НК обмежує інтервал швидкостей потоку малими значеннями і суттєво ускладнює застосування термоанемометрів у забруднених газових середовищах.