1.2.1 Датчики температуры. В) Термопары

По принципу действия промышленные приборы подразделяются на виды:

1) Манометрические термометры – основаны на изменении давления среды в замкнутом объеме при изменении температуры.

2) Термометры сопротивления – основаны на изменении сопротивления проводников и полупроводников при изменении температуры.

3) Термопары – основаны на изменении термоЭДС при изменении температуры.

4) Термометры излучения (Пирометры):

- яркостные (основаны на измерении яркости нагретого тела),

- радиационные (основаны на изменении мощности излучения нагретого тела).

Термопары

Принцип действия основан на термоэлектрическом эффекте: при соединении 2-х разнородных проводников в замкнутую цепь (места соединения называются спаями) и при нагревании одного из спаев по данной цепи протекает ток, вызванный термоЭДС.

Каждый проводник содержит различное число свободных электронов. Присоединение этих проводников и нагревание одного из спаев приводит к переносу электронов, т.е. возникает движение электронов. При нагревании спая электродов электронов перетекают из того проводника, где их больше, туда, где их меньше.

Схема термопары:

1,2 – проводники (электроды)

1’, 2’ – соединения электродов (спаи)

1’ – горячий, помещается в контролируемую среду

2’ – холодный, подключен к прибору

е1, е2 – ЭДС горячая и холодная спаи

е = е1 - е2 – ЭДС термопары

ЭДС ТП зависит не только от разных t спаев, но и от их абсолютного значения.

Оснавная характеристика – коэффицент α *100%

Применяется t градуировки холодная спая 20 ⁰С. Основная погрешность показаний ТП связанная с отклонением температуры холодных спаев, которая присоединится ко 2-ому прибору, от данной температуры.

Для устранения погрешности применяют специальные схемы ЭДС данных холодных спаев.

Применяется мостовая схема, имеется 4 плеча, в каждом из которых включены соответствующие сопротивления R1,R2 – постоянного сопротивления, величины которых не зависят от t. R_t - термосопротивление, не зависящее от t. R3 – потенциометр.

Данный мост имеет 2 диагонали: 5-6 – питающая диагональ, включающая источник постоянного тока, 3-4 – измерительную диагональ

Когда мост уравновешен, U измерительная диагональ U=0. Условие равновесия моста определяется следующим соотношением: равенство произведений сопротивлений противоположных плеч

При увеличении температуры холодных спаев увеличение Rt приводит к разбалансированию моста. В измерительной диагонали возникает U.

Параметры данного моста так, чтобы U, возникающее в измерении диагонали было равно изменению ЭДС холодных спаев и направлено навстречу ему, т.е.

U₃₄= е2

е2 - отклонение ЭДС холодных спаев от ЭДС его градуировки

В кач-ве материалов электродов ТП применяют Pt , ее сплавы, сплавы др. металлов.

Конструкция

ТП изготавливают в виде проволоки, изолированную друг от друга кварцевыми или фосфорными трубочками и помещенную в защитно-металлический кожух.

1.2.1 Датчики температуры. Г) Манометрические термометры

По принципу действия промышленные приборы подразделяются на виды:

1) Манометрические термометры – основаны на изменении давления среды в замкнутом объеме при изменении температуры.

2) Термометры сопротивления – основаны на изменении сопротивления проводников и полупроводников при изменении температуры.

3) Термопары – основаны на изменении термоЭДС при изменении температуры.

4) Термометры излучения (Пирометры):

- яркостные (основаны на измерении яркости нагретого тела),

- радиационные (основаны на изменении мощности излучения нагретого тела).

Манометрические термометры

С остоят из манометрической пружины(1), передаточного механизма со стрелкой(2), капиллярной трубки (3) и термобалона (4). Термобалон размещается в окружения, где измеряется температура. Температура окружения воздействует на физическое состояние вещества внутри баллона, что приводить к изменению давления. Это давление через капиллярную трубку передается на расстояние в 60 м, диаметр трубки 0,2-0,5 и фиксируется манометром, шкала градуирована в градусах Цельсия. Материал нержавеющая стиаль, трубка медная. В качества чувствительных веществ используют газы, жидкость и газожидкосные смеси. Диапазон измерительных температур от -50 С к 600 С. Класс точности примерно 1,5. Могут использоваться в пожаро-, взрывоопасном окружении. Манометрические термометры бывают газовые и жидкостные:

А) газовые – заполнены азотом под давлением 1-5 МПа, в зависимости от температуры изменяется давление газа в баллоне. Изменение давление выражено зависимостью где - давление газа при температуре измерения, - при температуре 20 С (температура градуировки), - объемный коэффициент расширения газа. Погрешность связанная с колебанием давления отсутствует из-за высокого . Погрешность связанная с отклонением от 20 ⁰С (температура градуировки) в каторой находится капилляр; погрешность рассчитывается для капилляра и манометрической части где - объем капилляра манометрической части, - объем баллона, - окружающая среда, - 20 С

Недостатки: 1) значительная инерционность, связана с малым коэф-м теплопередачи между корпусом баллона и газом в нем. 2) малая удельная теплоемкость газа (недостаток устраняется за счет жидкостных приборов). 3) относительно большие размеры термобаллона, трудность установки в трубопровод малого диаметра.

Б) жидкостные заполнены кселолом. ртутью под давлением 1-2 МПа. , где - объемный коэффициент расширения жидкости, - объемный коэффициент сжатия жидкости. - разность температур

Кселол , ртуть

Колебание атмосферного давления не вызывает погрешности из-за высокого и предохраняет жидкость от вскипания. Недостаток: Погрешность связанная с отклонением от 20 ⁰С (температура градуировки), погрешность при различном расположении манометрической части и термобалона ( можно устранить при монтаже прибора с помощью коллектора).

Относительная погрешность 0,5 до 2,5%. Выпускают с электрическими и пневматическими преобразователями.