Датчик температури – використовують для вимірювання (фіксації) температури використовуються для контролю теплових режимів роботи котлоагрегатів, сушильних установок, деяких вузлів тертя машин.
Можуть бути конструктивно виконані як для загальної промисловості, так і вибухозахищені. Вибухозахищені датчики маркуються символом:
Для вимірювання температури використовується залежність деяких фізичних параметрів тіла від температури.
Робота датчиків температури може бути заснована на наступних явищах:
Теплового розширення
Рідинні
Принцип дії заснований на розширенні термометричної рідини при підвищенні температури навколишнього середовища.
Металеві
Принцип дії ґрунтується на зміні лінійних розмірів твердих тіл під впливом температури
Розділяються на суто дилатометричні (їх ще називають стрижневі) та біметалеві.
– Біметалеві
Принцип роботи полягає у вигинанні біметалічної пластини яка складається з двох різних металів з різним коефіцієнтом розширення, з’єднаних між собою по всій площині
– Дилатометричні (стрежневі)
Термометр складається з трубки, виготовленої з металу з великим коефіцієнтом лінійного розширення (міді, латуні, алюмінію), і стержня з матеріалу з малим коефіцієнтом лінійного розширення (інвара, порцеляни). Один кінець трубки кріпиться нерухомо до корпусу приладу, а до іншого жорстко прикріплений стрижень. Сама трубка поміщається в середовище, температури яку вимірюють. Зміна температури середовища призводить до зміни довжини трубки, а довжина стержня залишається майже незмінною. Це призводить до переміщення стрижня, який за допомогою важеля переміщує стрілку по шкалі приладу.
Манометричні (зміна тиску)
Манометричні датчики
Дія манометричних датчиків температури заснована на залежності тиску рідини, газу або пари з рідиною в замкнутому об’ємі (термосистемі) від температури. Включають в себе чутливий елемент (термобалон) і показуючий пристрій, які з’єднані капілярною трубкою і заповнені робочою речовиною. В залежності від робочої речовини бувають газові (азот або аргон), рідинні (ртуть, ацетон).
Зміни опору провідників і напівпровідників від температури.
Термометри опору
Принцип роботи термометра опору
Принцип роботи термометра опору заснований на здатності провідника змінювати свій електричний опір пропорційно зміні температури навколишнього середовища.
Найбільше розповсюдження для виготовлення термометрів опору набули метали – платина. (ТОП – термометр опору платина) та мідь (ТОМ – термометр опору мідний). Для визначення температури використовують таблицю опорів.
Платинові термометри призначені для вимірювання температури від – 260 до + 750°С, мідні – від -50 до +2000С. Платинові термометри опору не можна піддавати впливу вібрації.
Будова термометра опору
Тонкий дріт намотують на каркас, який поміщають у металічний кожух таким чином, щоб запобігти електричного контакту вивідних дротів та самої спіралі з корпусом. Для цього корпус засипають порошком з діелектричного матеріалу (зазвичай корундом), щоб запобігти електричного контакту дротів та самої спіралі з корпусом. Дріт намотується біфілярно (дві близько розташовані, паралельні обмотки).
Підключення термометрів опору
У яких випадках можна застосовувати двохпровідну схему підключення:
Діапазон вимірювання не великий (наприклад 0 … 40 градусів) і висока точність не потрібна (наприклад 1 градус)
Дроти мають великий перетин і довжина їх не велика, тобто опір проводів малий в порівнянні з опором датчика і не вносить істотної похибки.
Трипровідна схема підключення датчиків температури:
Найбільш розповсюджена схема підключення, застосовується для вимірювань на відстані від датчика від 3 до 100 м, що дозволяє в діапазоні до 300 градусів мати похибку близько 0,5%, тобто 0,5 С на 100 С.
Чотирипровідна схема підключення:
Застосовується як правило для прецизійних вимірювань з точністю 0,1 С і вище.
Термо е.р.с., виникаючої в двох різнорідних провідниках за наявності різниці температур в точках їх з’єднання.
Термопари
Термопари використовують термоелектричні явища, що виявляються у взаємозв’язку теплових та електричних процесів у твердих тілах.
Ефект Зебека – виникнення електрорушійної сили (е.р.с.) в електричному ланцюзі, що складається з послідовно з’єднаних різнорідних провідників, контакти яких мають різну температуру.
Термопара – це два термоелектрода з різних металів, спаяних між собою.
Робочий спай «гарячий» – його розміщують в вимірювальне середовище, інший, «холодний», замикається на контакти вимірювального приладу або з’єднується з пристроєм автоматичного управління. При різних температурах спаїв по термоелектродам протікає ЕРС, прямо пропорційна різниці цих температур.
Робочий спай захищається від прямого контакту з середовищем захисною арматурою.
В якості матеріалів для термоелектродів використовують різноманітні сплави що визначає характеристики термопар і можливості їх використання.
Матеріали що використовують:
- ТХК – хромель-копель. Висока стабільність при температурах до 600о С. Тип L
- ТХА – хромель-алюмінь. Висока стійкість до окислення при високих температурах до 1100о С. Тип K
- ТПП – платинородій-платина. Висока стабільність і стійкість до окислення при високих температурах до 1300о С. Тип S.
- ТНН – ніхросил-нісил. Висока стабільність і широкий діапазон робочих температур від – 40 до +1250 о С. Тип N.
- ТЖК – залізо-константан. Термопари для роботи при температурі до 750о С . Тип J.