Цель работы: ознакомление с принципом дей­ствия, конструкцией, определение статических и динамичес­ких характеристик теплоэлектрических преобразователей.

Основные понятия

Современный уровень развития промышленности характе­ризуется интенсификацией технологических процессов, поэтому надежность средств измерение и их характеристики во многих случаях определяют надежную работу и характеристики систем в целом.

Процессы измерения в системах автоматического регу­лирования и управления рассматривается как единый процесс совместной работы чувствительных элементов, преобразовате­лей и измерительных приборов. Измерение температуры в этих системах осуществляется с помощью теплоэлектрических пре­образователей, которые преобразуют изменение фактического значения температуры в изменение электрического напряжения К этим преобразователям относятся термометры сопротивления и термоэлектрические термометры.

Действие термоэлектрических термометров основано на свойстве металлов и сплавов генерировать термо-ЭДС, зави­сящую от температуры места соединения концов двух разнообразных проводников, образующих чувствительный элемент тер­мометра - термопару. Величина выходного напряжения термо­пары Uвых. определяется разностью температур горячего и холодного спаев t0;

U_вых = f (t₁-t₂)

На рис. 1 показано устройство термоэлектрического термометра. Термоэлектроды 1 расположены так, что их спай, 2 касается защитного чехла 3. На термоэлектроды надеты изоляционные бусы 4. На концах защитного чехла крепится головка термометра 5. В головке расположена колодка 6 с зажимами 7 для термоэлектродов и соединительных проводов 8. Ра­бочий пай чаще всего изготавливается путем сварки или пайки. Для удобства применения термоэлектрический термометр специальным образом армируется. При этом достигается : электрическая термоизоляция электродов; защита термоэлектродов от вредного воздействия измеряемой и окружающей среды, придание необходимой механической прочности и т.д.

Принцип действия термометров сопротивления основан на зависимости сопротивления проводников от температуры. Так, например, для платиновых терморезисторов в диапазоне тем­ператур от 0 до 650 ⁰С характерно соотношение

R_t =R₀ (1+At+Bt²),

где R₀- сопротивление при 0 ⁰С

А=3.96847x10^{-3 0}C

В=-5.847x10^{-7 0}C

Из всех современных терморезисторов (медных, никелевых, полупроводниковых и т.д.) наибольшее распространение получили платиновые. На рис. 2 показано устройство платинового термометра сопротивления. Чувствительный элемент термометра сопротивления выполняется в виде спирали из проволоки1 помещенной в четырех канальный керамический каркас 2. Для защиты от механических повреждений и вредного воздействия измеряемой или окружающей среды чувствительный элемент помещен в защитную оболочку 2, которая уплотнена керамической втулкой 4. Выводы 5 чувствительного элемента проходят через изоляционную керамическую трубу 6.

Эти элементы находятся в защитном чехле 7, устанавливаемого на объекте измерения с помощью резьбового штуцера 8. На конце защитного чехла располагается соединительная головка 9 термометра. В головке находится изоляционная колодка 10 с витками 11 для крепления выводов термометра и подключения соединительных поводов, которые выводятся через штуцер. Для уменьшения влияния внешних электрических и магнитных полей чувствительный элемент терморезисторов делается с безындукционной намоткой.

Итак, измерение температуры в системах автоматического регулирования и управления осуществляется с помощью теплоэлектрических преобразователей, а так как параметры быстродействия, надежности, конструктивной простоты эксплуатационные характеристики являются первостепенными для сар и сау, поэтому при синтезе и анализе этих систем очень актуальным является определение их статических и динамических характеристик.