Дилатометрические сигнализаторы температуры
Реферат
Содержание
Введение
В настоящее время современная промышленность находится на таком этапе развития, что любой технологический процесс не обходится без средств автоматизации, и с каждым днём их востребованность в мире возрастает. Одним из основных средств при этом являются промышленные датчики. Нет ни одной отрасли промышленности, в которой в той или иной степени не задействовались бы датчики. Они широко используются в полиграфических, текстильных машинах, медицинской аппаратуре, для дистанционного управления и регулирования, при автоматизации машин и устройств, работающих в агрессивных средах, в условиях пожаро- и взрывоопасности, радиации, а также при значительных вибрациях, высоких температурах и т.д.
Датчики (в литературе часто называемые также измерительными преобразователями), или по-другому, сенсоры являются элементами многих систем автоматики - с их помощью получают информацию о параметрах контролируемой системы или устройства.
Датчик – это элемент измерительного, сигнального, регулирующего или управляющего устройства, преобразующий контролируемую величину (температуру, давление, частоту, силу света, электрическое напряжение, ток и т.д.) в сигнал, удобный для измерения, передачи, хранения, обработки, регистрации, а иногда и для воздействия им на управляемые процессы. Или проще, датчик – это устройство, преобразующее входное воздействие любой физической величины в сигнал, удобный для дальнейшего использования.
Выбирая датчик для конкретного применения, нужно определиться с его характеристиками, которые будут необходимы для выполнения имеющейся технологической задачи.
Целью данной работы является анализ характеристик и устройства дилатометрических сигнализаторов температуры систем автоматики.
Основная часть
1. Назначение и общая классификация датчиков температуры
В настоящее время в промышленности применяют десятки различных способов измерения температуры. Средство измерения температуры, предназначенное для выработки сигнала в форме, удобной для восприятия наблюдателем, автоматической обработки, передачи и использования в автоматических системах управления, называется термометром.
Под термином температура имеют в виду величину, характеризующую степень нагретости вещества. Непосредственно можно лишь весьма приблизительно оценивать температуру тела (холодное, теплое, горячее, раскаленное), поэтому приходится прибегать к косвенным методам измерения температуры — к измерению таких физических свойств тел, которые однозначно связаны с их температурой и в то же время могут быть сравнительно просто и с большой точностью измерены.
По принципу действия термометры могут быть классифицированы на следующие группы [1]:
1. Термометры расширения. Действие термометров расширения основано на тепловом расширении (изменении объема) термометрического вещества (жидкости или газа) или изменении линейных размеров твердых тел (дилатометрические и биметаллические) в зависимости от температуры.
2. Манометрические, принцип действия которых основан на измерении давления, меняющегося с изменением температуры, в замкнутом пространстве, причем рабочим телом в них могут быть газы, пары или жидкости.
3. Электрические, подразделяющиеся на:
а) термометры сопротивления (болометры);
б) термоэлектрические пирометры (термопары);
в) термисторы (полупроводники).
4. Оптические
5. Термохимические. Термохимическим путем температуру измеряют обычно при помощи веществ, изменяющих окраску с изменением температуры.
Серийные средства измерений температуры, применяемые в системах автоматики, в зависимости от принципа измерения приведены в табл. 1 [1].
Таблица 1 – Пределы измерения температур различными термометрами
Средство измерения |
Пределы измерения, оС |
|
нижний |
верхний |
|
Термометры расширения: |
|
|
жидкостные стеклянные |
– 200 |
750 |
манометрические |
– 200 |
1000 |
дилатометрические и биметаллические |
0 |
400 |
Термоэлектрические термометры |
– 200 |
2200 |
Термометры сопротивления: |
|
|
металлические |
– 260 |
1100 |
полупроводниковые |
—272 |
600 |
Пирометры: |
|
|
квазимонохроматические |
700 |
6000 |
полного излучения |
– 50 |
3500 |
В группу механических термометров расширения входят:
жидкостные стеклянные термометры, принцип действия которых основан на тепловом расширении рабочего вещества (жидкости, удельный объем которой зависит от температуры),
дилатометрические и биметаллические термометры, принцип действия которых основан на различном удлинении двух твердых тел, имеющих разные температурные коэффициенты линейного расширения.
Жидкостные стеклянные термометры расширения. Измерение температуры жидкостными стеклянными термометрами основано на различии коэффициентов объемного расширения жидкости и стеклянной оболочки термометра. Пределы измерения жидкостных стеклянных термометров - от -120 ºС до +650 ºС. В них в качестве термометрических (рабочих) веществ применяются ртуть Hg, этиловый спирт С2Н5ОН, толуол С6Н5СН3, пентан С5Н2 и др.
По конструктивному исполнению жидкостные стеклянные термометры выпускаются трех типов [4]:
1. Термометры палочные (тип А). У этого типа термометров толстостенный массивный капилляр переходит в резервуар, который изготовлен из стекла или припаян к нему в виде заготовки заданной конфигурации. Деления шкалы нанесены на наружной поверхности капиллярной трубки. Такую конструкцию имеют большинство образцовых термометров.
2. Термометры со шкалой, вложенной внутрь стеклянной оболочки (тип Б). У этого типа термометров капилляр впаян в оболочку, из стекла которой сформирован чувствительный элемент - резервуар. Шкала изготовлена из стекла молочного цвета, из алюминия или бумаги. Такие термометры получили наибольшее распространение.
3. Термометры с наружной шкальной пластиной (тип В). Этот тип термометров изготовлен в виде капиллярной трубки, прикрепленной к шкальной пластине или оправе, на которых нанесена шкала. Такие термометры применяют в основном для измерения температуры воздуха в производственных или бытовых помещениях.
По способу получения информации об изменении температуры термометры подразделяются на контрольные (предназначены для визуального отсчета показаний) и контактные (предназначены для замыкания или размыкания цепей электрического тока с целью поддержания постоянной температуры или сигнализации о достижения температурой заданного значения).
Контактные термометры (электротерморегуляторы) изготовляют как с заданной температурой контактирования, так и с магнитной регулировкой положения контакта, обеспечивающей сигнализацию или поддержание температуры в любой точке предела измерения термометра.
Некоторые типы жидкостных стеклянных термометров расширения показаны на рис.1 [4].
а, б – технические с вложенной шкалой прямой и угловой; г – лабораторный химический с вложенной шкалой; в – электротерморегулятор палочный двух контактный угловой;
д – электротерморегулятор с магнитной регулировкой контакта
Рисунок 1 – Жидкостные стеклянные термометры расширения
Разновидностью ртутных технических термометров являются электроконтактные термометры с впаянными в капиллярную трубку контактами для разрывания и замыкания столбиком ртути электрической цепи. Они используются в основном для сигнализации о нарушении заданного температурного режима. Для предохранения технических термометров от повреждения их помещают в специальные металлические защитные оправы или гильзы. Жидкостные стеклянные термометры расширения благодаря простоте конструкции, дешевизне, достаточно высокой точности измерения используются лабораторной и производственной практике пищевых производств. К недостаткам приборов относятся плохая наглядность шкалы, хрупкость, невозможность передачи показаний на расстояние, запаздывание показаний вследствие большой тепловой инерции.