Температурные датчики

Задачей любого измерителя является преобразование термических значений в электрическую величину.

Термопреобразователи сопротивления.

Работа измерительного устройства данного типа основывается на измерении электросопротивления. Термопреобразователи изготавливают из материалов обладающих высокотемпературным сопротивлением. Наиболее эффективными материалами являются в данном случае платина и медь. Прибор характеризуется линейным сопротивлением и хорошими инертными свойствами.

Терморезистор из платины измеряет температуры диапазоном 260-1100°С, он выделяется высокими показателями стабильности и воспроизводимости. Терморезистор из меди быстро окисляется и имеет невысокое удельное сопротивление. Ограничен температурой в 1800°С.

Данные устройства достаточно быстро преобразовывают температуру, процесс может занимать всего несколько секунд.

Применение также нашли и термометры из никеля. На ровне с медными терморезисторами они изготавливаются из литого микропровода и заключаются в стеклянный изолятор. Это обеспечивает их герметичность, высокую стабильность и малую инертность.

Недостатком терморезисторов считается невозможность нормализации характеристик в условиях серийного производства.

Термопары.

Работают на основе термоэлектрического эффекта, который заключается в замкнутости контура, состоящего из двух термоэлектродов разного сплава. По проводникам проходит ток, из которого и вычисляются термические показатели.

В условиях равных температур каждого из спаев термическая ЭДС будет равняться нулю. Проводок, который погружается в среду для измерений, называют рабочим, а второй свободным. Любая пара однородных проводников будет иметь результирующую термическую ЭДС не зависимую от температуры, распределяемой по длине проводников.

Контур может быть разомкнутым на любом участке, и в него можно включить от одного до нескольких разных по роду проводников. Если все соединительные участки будут находиться при одной и той же температурной среде, то термическая ЭДС в контуре не измениться. Такие манипуляции нужны для вычисления термо-ЭДС самого измерительного прибора. В среднем термопары способны с высокой точностью измерять температуру диапазоном 200-22000 градусов. Для температур около 1100 1600C в качестве измерителей применяются благородные сплавы из платины. Для более высоких значений следует применять устройства из вольфрамового состава обладающего высокой жаропрочностью. Самыми часто применяемыми типами в промышленности являются термопары K, J и L.

Длительность измерения высокотемпературных показателей зависит от конструктивных особенностей термопары и плотности прилегания рабочего конца к объекту измерений. При соблюдении правил установки показания исчисляются за несколько минут. Но, есть и малоинерционные термопары способные исчислять показатели уже за 5-20 секунд.

Измерительные усилители термо-ЭДС подключаются к контуру термопары одним из следующих способов: в свободный конец или в электрод. В процессе измерения свободный конец измерителя должен находиться при постоянных термических условиях. Обычно свободный конец выводят на зажимы головки, и располагают близко к объекту измерения. Для обеспечения постоянной температуры свободных концов используют удлиняющие двухжильные провода из материалов, которые имеют одинаковые электрические и температурные особенности с электродами термопары.

Для устранения всевозможных погрешностей широко используют автоматизированное введение поправки температуры свободных концов. В цепь электродов и милливольтметра подключается мост с медным и манганиновыми резисторами. При 0C на обоих концах мост уравновешен. Если есть термические отклонения, напряжение не приравнивается к нулю, а суммируется с ЭДС. При этом вносятся поправки в данные устройства.

Пирометры.

Устройства дистанционного измерения. Их работа основывается на применении излучения нагретых объектов. Тепло любого объекта можно вычислить количеством энергии, которую он излучает с единицы площади, в единицу времени. Такая особенность имеет название спектральная светимость. В устройство такого прибора входит телескоп с расположенной в нем батареей из поочередно подключенных термопар. Рабочие электроды термопар располагаются на платиновом лепестке. При измерении телескоп направляется на объект так, чтобы весь энергетический поток воспринимался батареей. Термобатарея охватывает мощность излучения и переводит ее в температурные значения. Пирометры предназначаются для измерений температуры от 500 до 4000°C.

Кварцевые температурные датчики

Применяются для температур диапазоном от -80 до +250°C. Работа основана на частоте измерителя, которая зависит от термической составляющей и линейности преобразования. Показатели могут изменяться зависимо от ориентации среза по отношению к оси кварцевого кристалла. Кварцевый датчик выделяется высокой чувствительностью и высокой временной стабильностью.

Шумовые измерители.

Работа данных устройств основана на шумовых напряжениях резистора, зависимых от температурных показателей. В процессе измерения устройство сравнивает шумы двух совершенно одинаковых резисторов, один из которых монтирован на нужный объект, а второй располагается при известных термических значениях. Предназначены шумовые измерители для температур диапазоном -270 1100°C.

ЯКР преобразователи.

Работа таких измерителей основана на взаимном градиенте электрических полей кристаллической решетки и квадрупольного электрического момента ядра, который вызван отклонением распределения заряда ядра от сферической симметрии. ЯКР-датчик это термометр в виде ампулы наполненной специальным составом, которая заключена в катушку, включенную в генераторный контур. Преимуществом такого термометра есть временная неограниченность стабильной работы. Недостаток нелинейное преобразование.

Дилатометрические преобразователи.

Работа дилатометрического преобразователя основана на расширении или сжатии твердых объектов при нагреве или охлаждении. Диапазон измеряемых температур -60 400°C.

Акустические датчики.

Работа акустического измерителя основана на скорости, при которой распространяется звук в газовой среде. Применим в условиях средней и высокой температурной выработки. Подключение производится к генераторной цепи с изменением колебаний частоты зависимых от изменений температурной среды.