Oslash; Датчики температуры

Из многочисленных датчиков в нашей области (подъемно-транспортные, строитель­ные, путевые машины и технологиче­ские ком­плексы) наиболее популярны металлические и полупроводниковые терморезисторы, датчики на основе манометрической улитки, термопары, биметаллические предельные датчики температуры.

Терморезисторы подразделяются на металлические и полупровод­никовые. Последние именуются термисторами. Зависимость их сопротив­ления R от температуры T имеет вид:

– для металлического проводника

, (30)

– для полупроводника

, (31)

где R₀ – сопротивление при Т = 0, b и g – температурные коэффициенты.

Сравнительная характеристика (зависимость сопротивления от темпера­туры) металлических и полупроводниковых терморезисторов приведена на рис. 49. Из рисунка видно, что характеристика металлического терморе­зистора во всем диапазоне измерения линейна, а характеристика полупро­водникового терморезистора -нелинейна и обратна. Важней­шим свойством характеристики является угол a ее наклона к оси T. Тангенс этого угла есть мера чувстви­тель­ности датчика. У линейной характеристики ме­таллического терморезистора чувствитель­ность постоянна во всем диапазоне. По другому у полу­про­водни­ко­­вого терморези­стора. Его диапазон мож­но раз­­делить на три участка – A, B и C. На участке A чувстви­тельность полупроводнико­вого терморе­зистора явно выше, чем метал­лического, на участке B – при­мер­но равна, а на участке C – явно мень­ше. Отсюда области применения терморезисто­ров: металличе­ского – для измерения температуры в сравнительно широком диа­пазоне, по­лупровод­никового – для более точного измере­ния в узком диапазоне (участок А).

Манометрический дат­чик температуры. Основным элементом этого датчика явля­ется манометрическая улитка – свернутая в спираль ме­талличе­ская трубка (рис. 50). Попе­речное сечение гнутой трубки меньше, чем прямой. Поэтому при повышении внутреннего дав­ления трубка стремится увели­чить свой объем – распрямиться. Этот же эффект используется для измерения давления ма­нометром, откуда и название улитки. При измерении тем­пературы внутрен­ний объем трубки герметичен и заполнен жидкостью. Так как жидкость практически несжи­маема, из­менение темпера­туры приво­дит к изменению давления и повороту сво­бодного конца трубки. Этот поворот регист­рируется по­воротным датчи­ком переме­щения (например, емкост­ным как изображено на данном ри­сунке). Таким образом, в манометрическом датчике тем­пературы осуществляется тройное преобра­зование пер­вичного воздействия: темпе­ратура – давление – поворот –изменение сопротивления.

Термопары являются датчиками генераторного типа. В основу дей­ствия положен термоэлектрический эффект: при нагревании спая двух ме­таллов или сплавов с большой разницей электропроводимости (например, в термопаре ТХК – хромель–копель), между этими металлами появляется электродвижущая сила, пропорциональная температуре нагрева. Использу­ются для измерения довольно высоких температур (ТХК – до 700 °С, ТХА – до 1200 °С ).

Биметаллический предельный датчик температуры представляет собой электрический контакт, пластина которого изготовлена из двух
метал­лов с большой разницей коэффициента теплового расширения. При нагрева­нии пластины от внешнего источника тепла или протекающего по ней тока, за счет разницы теплового расширения она изгибается, размыкая кон­такт. Эти датчики получили большое распространение в качестве тепловых реле, встраи­ваемых в магнитные пускатели и служащих для защиты трехфазных асин­хронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором от перегруза.

Контрольные вопросы и задания

1. Какие из рассмотренных датчиков относятся к генераторному типу?

2. Назовите принцип действия вычислительного датчика скорости.

3. На чем основана работа тахогенератора?

4. Какие физические эффекты используются в датчиках усилия?

5. Почему для измерения усилия, ускорения и давления используются подобные датчики?

6. Объясните является ли тензометр упругим датчиком?

7. Сравните область применения металлического и полупроводнико­вого терморезисторов.

8. Какие физические эффекты используются в датчиках температуры?

9. Какие преобразования проходит сигнал в манометрическом дат­чике температуры?