Измерительные преобразователи температуры

 

Зависимость свойств многих материалов от температуры не всегда является недостатком - из таких материалов изготавливаются датчики температуры. Конструкция выбирается таким образом, чтобы усилить температурную зависимость какой-либо электрической характеристики. Эта зависимость, как правило, является нелинейной, что создает дополнительные трудности при ее воспроизведении. Обычно применяются четыре типа датчиков температуры:

o термоэлементы;

o резистивные детекторы температуры;

o термисторы;

o манометрические датчики температуры.

Термоэлектрические преобразователи (термопары)

Первый термоэлемент был создан в 1887 году французским ученым Ле Шателье (Ie Chatelier). В термоэлементе две точки контакта А и В соединены двумя параллельными проводами, выполненными из разных металлов (например, алюминий и медь). Таким образом создается замкнутая цепь.

Принцип работы термоэлемента. Если температуры точек А и В различаются, то по замкнутой цепи циркулирует ток.

 

На правом рисунке показана реальная цепь для измерения этого тока. Точка А соответствует " горячему" спаю, а В и С — холодному. Точки В и С должны иметь одинаковую температуру.

До тех пор пока температуры в точках А и В одинаковы, ток в цепи не протекает. Если температуры в точках А и В отличаются, то по цепи начинает протекать электрический ток. Это явление называется термоэлектрическим эффектом или эффектом Сибека (Seebeck), по имени открывшего его в 1821 году исследователя. Эта так называемая термоэлектродвижущая сила увеличивается как функция разности температур. Возникающее напряжение лежит в пределах нескольких милливольт, что требует применения дополнительной очень чувствительной - и поэтому сравнительно дорогостоящей — электронной измерительной аппаратуры. Из-за низкого уровня сигнала следует тщательно выбирать процедуру передачи и соединительные провода. Необходимо иметь в виду, что термоэлемент измеряет разность температур, а не ее абсолютное значение, поэтому температура одного из контактов должна быть известна с высокой точностью. Для различных температурных диапазонов используются разные сочетания металлов. Термоэлементы весьма надежны и недороги, имеют малую теплоемкость и способны работать в широком диапазоне температур.

Международная электротехническая комиссия (МЭК, International Electrotechnical Commission - IEC) определила некоторые стандартные типы термоэлементов (стандарт IEC 584-1). Элементы имеют индексы R, S, В, K.J, Е, Т в соответствии с диапазоном измеряемых температур.

 

В промышленности термопары используют для измерения высоких температур, до 600 -1000 - 1500˚ С. Промышленная термопара состоит из двух тугоплавких металлов или сплавов (рис. 2.12.): Горячий спай (обозначен буквой «Г») помещается в место измерения температуры, а холодный спай («Х») находится в зоне, где находится измерительный прибор.

В качестве металлов I и II могут использоваться, например, медь и константан.

В данном преобразователе информационным сигналом является термоЭДС, которая дает информацию о разности температур на горячем и холодном спаях. Поэтому чтобы вычислить температуру на горячем спае необходимо знать температуру на холодном спае. ЭДС термопары измеряем с помощью вольтметра V.

ТермоЭДС условно пропорциональна разнице температур холодного и горячего спаев.

 

Законы термопары.

Закон внутренних температур. Наличие температурного градиента в однородном проводнике не приводит к возникновению электрического тока (никакой дополнительной ЭДС не возникает).

Закон промежуточных проводников. Пусть два однородных проводника из металлов А и В образуют термоэлектрическую цепь с контактами, имеющие температуры T1 (горячий спай) и T2 (холодный спай). В разрыв проводника А включается проводник из металла Х и образуется два новых контакта j1 и j2. (см. рис. 2.13.). «Если температура проводника Х одинакова по всей длине, то результирующая ЭДС термопары не изменится (от дополнительных спаев не возникает ЭДС)».

 

Выводы:

а) таким образом, это позволяет спаивать, а не сваривать концы проводников;

б) также позволяет использовать удлинительные провода для подключения термопар к измерительным приборам. Поэтому можно использовать медные провода на больших расстояниях, что экономически выгодно!

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. Аналого-цифровые преобразователи
2. Аналого-цифровые преобразователи
3. Воздействие температуры( нагревание)
4. Глава 4. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ДВИЖЕНИЯ
5. Зависимость выдыхаемого воздуха от температуры вдыхаемого
6. Зависимость скорости реакции от температуры
7. Измерение температуры тела, алгоритм выполнения
8. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ (ИП), ДАТЧИКИ
9. Измерительные преобразователи давления
10. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
11. Классификация средств измерений (меры, измерительные приборы, измерительные установки, измерительные системы) и средств измерительной техники (измерительные преобразователи).