Датчики температуры

Подразделяются

По характеру изменения выходного сигнала

Аналоговые (непрерывные). Более точны, но и более чувствительны к помехам
Релейные (дискретные). Выходная величина изменяется скачкообразно.
Импульсные

по принципу работы

Тепловое расширение жидкости (термометры)

Достоинства

Простота
Надежность
Не требуют источников питания

Недостатки

Низкая точность (1…2,5%)
Малый температурный диапазон (-100….+400^оС)
Не работают в условиях динамических нагрузок и вибрации
Высокая тепловая инерционность
Ртутные термометры токсичны

Тепловое расширение газов (манометрические термометры)

Сильфонного или мембранного типа. Бывают газовые (заполнены воздухом, азотом или гелием), или паровые (спиртами или фреонами). Паровые более точны в узком диапазоне температур.

Достоинства

Простота
Надежность
Не требуют источников питания
Виброустойчивость

Недостатки

Низкая точность 1,5….2,5%
Малый рабочий диапазон (-60…….+400^оС)
Чувствительны к перепадам давления
Чувствительны к ударам и механическому воздействию (меняют рабочий объем или теряют герметичность)
Высокая тепловая инерционность (выше чем у жидкостных, до 80 с.)

Тепловое расширение твердых тел

Простота
Надежность
Не требуют источников питания
Способны размыкать силовую цепь питания

Недостатки

Низкая точность (до 2%)
температурный диапазон (-100….+1000^оС-для дилатометров, +100^оС – для биметаллических контакторов)
Не работают в условиях вибрации
Инерционны (меньше чем жидкостные и газовые)

Изменение сопротивления проводников (термосопротисления) и полупроводников(термисторы)

Термосопротивления изготавливаются из тонкой металлической проволоки, намотанной на диэлектрик (слюда, фарфор). Чувствительность 0,4% на 1^оС

маркировка ТСМ, проволока из меди (0,1…0,2 мм), -50…+180^оС
маркировка ТСП, проволока из платины (0,05…0,07 мм), -200…+650^оС

по инерционности бывают –

малоинеционные (до9с) –без кожуха
Среднеинерционные (10-80с)
Высокоинерционные (до 4 мин)

Термисторы – полупроводниковые термосопротивления на основе оксидов, боридов, и сульфидов тугоплавких металлов (Со, Мn).

Более чувствительны 3..5% на 1^оС и более компактны. Но меньшая стабильность свойств и нелинейная зависимость R от Т

Достоинства

Высокая чувствительность и точность
Способность работать при низких температурах (-200…+600 ^оС)

Недостатки

Низкая стабильность свойств
Большие габаритные размеры
Необходимость дополнительных источников питания

Явление Термо Э.Д.С.(термопары)

Эффект Зеебека 1826г. В замкнутой электрической цепи, образованной двумя разнородными проводниками, возникает термо ЭДС, пропорциональная разности температур спаев. Термо ЭДС не изменится от введения в цепь третьего проводника, если температура на его концах одинакова, т.е можно подключать измерительный прибор.

Особенности применения

Способ соединения рабочего конца термопары (спайка, сварка, скрутка) не имеет значения, если обеспечивается надежный контакт
Термопара показывает перепад температур, и градуируется, когда свободные концы при О^оС, т.е. необходимо учитывать погрешность на температуру свободных концов.

Требования к термопарам

Высокая термо ЭДС
Пропорциональность зависимости термо ЭДС от температуры
Стабильность свойств
Высокая жаростойкость
Малый температурный коэффициент сопротивления
Возможность изготовления большими партиями с неизменными физическими свойствами.

Алюмель

Удельное электрическое сопротивление 3,2·10−8 Ом·м, температурный коэффициент линейного расширения 13,7·10−6°C−1; плотность 8480 кг/м3; температура плавления 1430—1450 °C.

Химический состав, % :
C	P	Co	Mn	Si	Cr	Al	Fe	Ni
<0.10	< 0.20	0.6–1.2	1.8–2.7	0.8–1.5	–	1.6–2.4	<< 0.30	баланс

Хромель

Химический состав, % :
C	P	Co	Mn	Si	Cr	Al	Fe	Ni
< 0.20	< 0.20	0.6–1.2	< 0.30	< 0.40	9.0–10.0	< 0.15	< 0.30	баланс

Плотность сплава 8710 кг/м3,
температура плавления 1400—1500 °C,
температурный коэффициент линейного расширения 12,8·10⁻⁶ °C⁻¹,
удельное электрическое сопротивление 0,66 мкОм·м.
Применяется для изготовления проволоки для термопар

Копель

Химический состав, % :
Ni	Mn	Cu
	0,5	основа

Плотность сплава 8900 кг/м3, температура плавления 1220—1290 °C, температурный коэффициент линейного расширения 14·10−6 °C−1, удельное электрическое сопротивление 0,5 мкОм·м. Из всех медно никелевых сплавов К. обладает максимальной термоэлектродвижущей силой в паре с хромелем (около 6,95 мв при 100°С, 49,0 мв при 600°С). Применяется главным образом в пирометрии в качестве отрицательного термоэлектрода термопар при измерении температур до 600°С, э. также в качестве компенсационных проводов.

Константан

Химический состав, % :
Co + Ni	Al	Zn	Cu	Si	Cr	Ti	Fe	Mn
39.0-41.0	-	-	баланс	0.10	-	-	0.50	1.0 – 2.0

Сплав имеет высокое удельное электрическое сопротивление (около 0,5 мкОм·м), минимальное значение термического коэффициента электрического сопротивления, высокую термоэлектродвижущую силу в паре с медью, железом, хромом.

Температурный коэффициент линейного расширения 14,4·10−6 °C−1. Плотность 8800—8900 кг/м3, температура плавления около 1260 °C. Хорошо поддаётся обработке.

Применяется для изготовления термопар, реостатов и электронагревательных элементов с рабочей температурой до 400—500 °C,

Высокотемпературные термопары

наименование	обозначение	Рабочая (мах) температура, ^оС	Термо ЭДС
Платинородий (30%)-платинородий (6%)	ПР 30/6	1500 (1800)	10 мВ (1500 ^оС)
Дисилицид молибдена-дисидицид вольфрама	ТМСВ -340М	1650 (1800)	10 мВ (1000 ^оС)
Вольфрамрений (20%)- волфрамрений (5%)	ТВР 5/20	1800 (2500)	16,5 мВ (1000 ^оС)
Графит- борид циркония	ТГБЦ - 350М	2000 (2200)	90 мВ (2000 ^оС)
Графит – карбид титана	ТГКТ – 360М	2300 (2500)	78 мВ (2500 ^оС)

Для защиты от атмосферы и механического воздействия промышленные термопары помещаются в чехол и изолируются от стенок керамическими бусами, засыпками или заливаются жидким стеклом (в агрессивных средах). Для уменьшения тепловой инерции конец термопары может быть заделан в наконечник чехла.

Материал чехла :

До 400^оС – углеродистая сталь
До 900^оС –жаростойкая сталь
Свыше 900^оС –оксидная керамика.

Измерение излучения нагретых тел (пирометры)

Применяются, когда невозможно соприкосновение датчика с объектом измерения

Высокая температура
Труднодоступное место
Движение объекта
Агрессивная среда

Подразделяются на пирометры полного излучения (радиационные), оптическая система которых пропускает весь диапазон волн, и частичного излучения (оптические), оптика которых пропускает определенный диапазон

Радиационные – диапазон измерения +100….+2500^оС, но не точны, погрешность 8…10%

Оптические – диапазон +800…6000^оС. Погрешность 4…6%. Чем уже диапазон измерения, тем точнее прибор, так как применяется разная оптика.

Обычно излучение нагревает несколько тнермопар в виде цветка, нет необходимости точной фокусировки.

Шкала температур

Температура,^оС	Цвет
	Красный,едва видимый в темноте
	Темно-красный, видимый на свету
	Темно-вишневый
	Вишенво-красный
	Светло-красный
	Ярко-кровавый
	Лимонно-желтый
	Желто-белый
	Ярко -белый
	Бело-голубой

Датчики давления и разряжения

Основные физические принципы

Перемещение свободного конца трубчатой пружины
Перемещение дна гофрированной коробки (сильфона)
Меремещение жесткого центра упругой мембраны
Изменение сопротивления деформируемого тензорезистора

Датчики разряжения

Изменение температуры нити накаливания (изменение конвективного теплообмена)
Изменение анодного тока электронной лампы

Датчики уровня

Основные физические принципы

Перемешение поплавка
Деформация мембраны
Перемещение флажка
Изменение крутящего момента на вращающейся крыльчатке
Изменение тока в цепи фотоэлемента
Изменение веса емкости или трубки-сообщающегося сосуда

Датчики расхода

Основные физические принципы

1.Измерение перепада давления до и после диафрагмы (реометры)

2. Измерение положения поплавка в вертикальном конусообразном отверстии (ротаметры)

3. Измерение скоросит вращения подвижного элемента (анемометры, тахометрические расходомеры)

4. Измерение ЭДС, наводимой в перемещающейся электропроводной жидкости (электромагнитные расходомеры)

5. Измерение прохождения ультразвуковых волн в потоке жидкости

Датчики перемещения

Основные физические принципы