4.4. Датчики температуры Биметаллические датчики температуры
Действие биметаллического датчика основано на различии температурных коэффициентов расширения различных металлов. В биметаллическом датчике используется сплав железа с никелем (инвар) с коэффициентом температурного расширения 1 ·10 – 6 · 1/1 °С и железо, соответствующий коэффициент которого в 10—20 раз больше.
Входной величиной такого датчика является температура, выходной — перемещение.
Конструкции биметаллических датчиков могут быть различными. В промышленной автоматике наиболее широко используется биметаллическое реле температуры. Такое реле состоит из биметаллической полосы, несущей подвижный контакт, и обычной контактной пружины (рис. 4.12), на которой укреплен неподвижный контакт. При нагреве биметаллическая полоса прогибается, и контакты замыкаются. Выходной величиной датчика является перемещение, преобразуемое в электрический сигнал. Одновременно с преобразованием энергии сигнала происходит и преобразование его формы, т.е. непрерывное перемещение преобразуется в дискретный электрический сигнал.
Все биметаллические датчики в динамическом режиме имеют значительное запаздывание, так как обладают тепловой инерцией (требуется время на прогрев массы датчика).
Инерционные свойства биметаллических датчиков имеют полезное применение: биметаллические датчики со специальным постоянным нагревом используются как реле времени (рис. 4.13). Работает такое реле следующим образом: при включении нагревающей обмотки верхняя его пластина изгибается и по истечении установленной выдержки времени замыкает электрическую цепь. Расстояние между контактами реле устанавливается регулировочным винтом; это расстояние определяет предел температуры, отмечаемый реле, или время его выдержки.
Термопары
двух или более металлических проводников из различных материалов, при неодинаковой температуре точек их соединения (спаев) возникает термоЭДС, величина которой зависит от разности этих температур (явление Томсона). Для статического режима
где К — коэффициент, зависящий от материалов, из которых изготовлена термопара.
Горячий спай термопары помещается в среду, температуру которой надо измерить, при этом холодный спай находится в среде с комнатной температурой (желательно, чтобы она поддерживалась постоянной).
Мощность выходного сигнала термопар очень мала; увеличить ее можно посредством увеличения массы спая, но при этом увеличится и инерционность датчика, что нежелательно, поэтому термопары, как правило, работают с усилителями.
Стандартные термопары и их рабочие диапазоны, °С:
Хромель—копель ……..до 600
Сплавы никель—кобальт и кремний —алюминий ... .от 300 до 1000
Хромель—алюмель ……..до 1300
Платинородий —платина ……..от 1000 до 1600
Платинородий—платинородий ……..от 1000 до 1800
Проволочные термосопротивления
Термосопротивления изготовляются из медной, никелевой, платиновой и другой проволоки. Действие их основано на увеличении сопротивления проводника при нагреве. Диапазон измерений — до 500 °С. Относительное приращение сопротивления маленькое — десятые доли процента на 1 °С.
Конструкция проволочного термосопротивления очень проста — это проволочная спираль на изолированном стержне, помещенная в защитный корпус.