Датчики давления

В) Термопары

Б) Полупроводниковые термосопротивления (термисторы)

А) Термометры сопротивления (ТС)

Датчики температуры

По принципу действия промышленные приборы подразделяются на виды:

- манометрические термометры – основаны на изменении давления среды в замкнутом объеме при изменении температуры.

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

- Термопары – основаны на изменении термоЭДС при изменении температуры.

- Пирометры излучения – делятся на яркостные (основаны на измерении яркости нагретого тела), радиационные (основаны на изменении мощности излучения нагретого тела).

Различают проволочные и полупроводниковые.

а) Проволочные ТС. Принцип действия основан на изменении сопротивления проводников при изменении температуры по зависимости:

R_t=R₀(1+αt+βt²)

R_t - сопротивление проводника при t ⁰C

R₀ - сопротивление проводника при t=⁰C

- зависит от материала датчика

В качестве материала примем Cu или Pt в виде проволоки = (0,01-0,1) мм, покрытый изоляцией и наматываемый на каркас из слюды, кварца и др. диэлектриков.

Медные ТС (ТСМ). Предел изменяемых t = (0 - 180)⁰С

Платиновые t = (0 - 800)⁰C

Основная характеристика данных датчиков при изменении t на 1⁰С

= R / t *100

Рабочая длинна l = (70 - 1000)мм

Данные датчика присоединен к вторичным проборам, образуя вторичная цепь. Вторичные приборы: логометры, (измерители сопротивления), а также автоматически уравновешивающие мосты. Датчик включается в одну из плеч мостов системы.

Полупроводники занимают место между проводниками и диэлектриками. Имеет отрицательный температурный коэффициент. Сопротивления, т.е. с увеличением температуры сопротивление проводника уменьшается.

R_t = A*e^В/Т

R_t - сопротивление проводника при Т, К.

А – коэффициент (от материала проводника)

Основные характеристики:

1 - температурный коэфф

2 -

3 - мощность рассеивания – мощность которая рассеивается от датчика в ОС, не вызывая его нагрева.

Полупроводниковые датчики называются термисторами. Tв характеризует инерционные свойства термистора.

1 - Вольт – амперная характеристика

T1<T2<T3

Каждая характеристика соответствующее установившейся Т С. Имеет два выраженных участка: 1- линейная часть. По этому участку ток , протекает по термистеру, небольшой , не вызывает нагрев, т.е. вся Е выделяется в ОС. Сопротивление зависит от U. На (1) термистор используется в качестве датчика температуры.

При дальнейшем протекании тока, нагрев термистера увеличивается, т.е. уменьшается U.

На этом участке термистор применяется в качестве 2-х позиционного регулятора.

Область применения термистора обширна: в схемах компенсации (ввиду маленьких растворов), в качестве 2-х позиционных регуляторов.

Выпускают: ММТ-1, 4, 5, 11

КМТ -1, 4, 5, 10

Покрыты эмалевой краской, применяют в сухих неагрессивных средах. Т = (0 - 120 )⁰С.

КМТ-1 помещается в защищенную металлическую капсулу – измерение t в жидкости, газообразных, агрессивных средах, находящихся под давлением.

Достоинство: малые габариты.

Недостатки: значительная погрешность измерения t.

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

Разные проводники содержат различное число 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 качестве 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.г) Манометрические термометры

Состоят с термобалона, капиллярной трубки и датчика давления (манометра). 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) высокая инерционность связ.низким коэф.теплопередачи от металла корпуса баллона к газу находящемся в баллоне. 2) низкая теплоемкость газа. 3) значительные размеры баллона (трудно вставить в трубки 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.