Что такое датчики температуры

Датчики температуры

В автоматических системах нашли широкое применение датчики двух видов: на основе термоэлектрических преобразователей (термопар) и терморезисторов.

Термопара — это электрическая цепь, составленная из двух разнородных проводников. Место их соединения называют горячим спаем. Если температура спая отличается от температуры свободных выводов проводников, то между выводами возникает электродвижущая сила, пропорциональная разности температур между ними и спаем. Таким образом, термопара — это активный (генераторный) датчик, способный преобразовывать тепловую энергию непосредственно в электрическую — терма ЭДС. Выводы термопары помещают в среду с постоянной, в частности комнатной, температурой и соединяют с измерительным устройством соединительной линией, к материалу которой при точных измерениях предъявляются особые требования; 1

Величина терма ЭДС зависит от материала проводников, образующих термопару, который, в свою очередь, определяется диапазоном измеряемых температур. Например:

В зависимости от материалов термопары величина терма ЭДС (выходная величина датчика) составляет от десятков микровольт до десятков милливольт.

Поскольку горячие среды обычно агрессивны, термопару помещают в герметичный стальной или фарфоровый корпус, от которого ее электрически изолируют, например асбестом или фарфором Провода термопары должны быть длинными, чтобы их свободные концы можно было поместить в среду с температурой, при которой велась градуировка термопары. Несмотря на малые габаритные размеры самого спая в целом термопара имеет диаметр рабочей части в пределах нескольких миллиметров (от 1 до 10) и длину от 10 до 100 см. Без корпусные термопары могут использоваться для точечного определения температуры, так как размер самого спая менее 1 мм.

Термопары — единственное средство для измерения очень высоких температур в диапазоне 1 500...2 500 °С.

Терморезистор — это спираль из проволоки или стержень из полупроводника, помещенные в защитный корпус, подобный корпусу термопары. Высокая теплопроводность корпуса обеспечивает передачу теплоты к терморезистору. Как известно, при изменении температуры сопротивление и проводников, и полупроводников меняется, но по-разному: с ростом температуры сопротивление проводников практически линейно увеличивается, а полупроводников — нелинейно уменьшается.

Среди металлических терморезисторов наибольшее распространение получили медные и платиновые. Терморезисторы (термометры сопротивления ТСМ) медные самые дешевые; их используют в температурном диапазоне -50...+180 "С-. Терморезисторы платиновые (ТСП) дорогие, но они работают в более широком диапазоне (-200...+650°С) и являются наиболее точными средствами измерения температуры (погрешность — от 0,001 °С).

Выходная величина терморезисторов — изменение сопротивления. Из-за малого собственного сопротивления металлических терморезисторов (десятки) на результат преобразования сильно влияет сопротивление линии связи, что вынуждает к принятию специальных мер, в частности, использованию трех- или четырех проводных линий связи терморезистора с измерительной цепью устройства нормализации сигналов. В такой линии относительно большой ток питания терморезистора I протекает по одной паре проводов, создавая в ней заметное падение напряжения, зато информационный сигнал в виде напряжения на терморезисторе U передается в измерительную цепь практически без потерь, так как ток в этой паре проводников из-за высокого входного сопротивления измерительной цепи очень мал.

Большая инерционность терморезисторов (до нескольких минут) не позволяет применять их для измерения быстрых перепадов температуры.

терморезисторы обладают более высокой чувствительностью, меньшими габаритными размерами и позволяют измерять температуры, близкие к абсолютному нулю (от -270 °С). Их основной недостаток — существенная нелинейность функции преобразования при очень большом диапазоне изменения собственного сопротивления, что осложняет построение измерительных цепей. Так, сопротивление терморезистора ТПК-620 при температуре -269 °С составляет около 10000 Ом, а при +20 °С — всего 0,002 Ом.

Большинство полупроводниковых терморезисторов имеют рабочий диапазон -50...+300°С, в котором их сопротивление изменяется от сотен до сотен. Конструктивно они могут быть похожи на обычные резисторы либо могут быть заключены в металлический или стеклянный корпус.

Поиск по сайту: