Приборы контроля температуры устройство принцип работы

Приборы, измеряющие температуру: виды и принцип действия

Большинство технологических процессов корректно проходят только при определенной температуре. Кроме того, измеряемые температурные показатели помогают определять, насколько корректно используется затрачиваемая энергия.

Иными словами, это — та величина, которую нужно постоянно контролировать. Все виды приборов для измерения температуры делятся на контактные и бесконтактные. Также они классифицируются по материалам, принципам и способам действия.

Виды термометров по принципу действия

Процесс измерения температуры может основываться на разных физических процессах. Исходя из этого, выделяют 5 видов термометров.

Контактные

Такие приборы еще называют термометрами расширения. Они основаны на отслеживании изменения объема тел под действием меняющейся температуры. Обычно измеряемый диапазон температур составляет от -190 до +500 градусов по Цельсию.

К этой категории относятся жидкостные и механические устройства. Жидкостные представляют собой приборы в стеклянном корпусе, заполненные спиртом, ртутью, толуолом или керосином. Они прочные и устойчивые к внешним воздействиям. Температурный диапазон измерений зависит от типа используемой жидкости (наибольший — у ртутных, наименьший — у цифровых).

Механические могут работать с разными типами сред, включая жидкостные, газообразные, твердые или сыпучие. Универсальность позволяет использовать их в разных инженерных системах.

Термометры сопротивления

К этой категории относятся приборы, которые способны измерять электрическое сопротивление веществ, меняющееся в зависимости от температурных показателей. Рабочий диапазон этих устройств — от -200 до +650 градусов.

Читайте также:  Панель приборов фольксваген гольф 4 обозначения лампочек

Такие термометры состоят из чувствительных термодатчиков и точных электронных блоков, контролирующих изменения проводимости, сопротивления и электрического потенциала. Обычно их встраивают в общую систему мониторинга и оповещения, туда, где нужно отслеживать меняющиеся параметры и не допускать их превышения.

В котельных установках наибольшее применение получили термометры сопротивления медные (ТСМ). Термометрами сопротивления можно измерять температуры от -50 до +600°С.

Электронные термопары

При нагревании эти приборы генерируют ток, что и позволяет измерять температуру. Принцип действия основан на замерах термоэлектродвижущей силы. Диапазон измерений в этом случае — от 0 до +1800 градусов.

Манометрические

Такие термометры учитывают зависимость между температурными показателями и давлением газа. В измеряемую среду помещают термобаллон, соединенный с манометром латунной трубкой. При нагреве термобаллона давление внутри него увеличивается, и эта величина измеряется манометром. Таким образом проводят замеры температуры в диапазоне от -160 до +600 градусов.

Бесконтактные пирометры

В основе этих приборов — инфракрасные датчики, считывающие уровень излучения. Они подразделяются на два вида: яркостные, проводящие измерения излучений на определенной длине волны (диапазон — от +100 до +6000 градусов), и радиационные, когда определяется тепловое действие лучеиспускания (от -50 до +2000 градусов). Они могут использоваться в том числе и для определения температуры нагретого металла, а также при наладке и испытаниях котлов.

Виды термометров по используемым материалам

Здесь различают 7 категорий:

  1. Жидкостные. Представляют собой корпус, заполненный жидкостью, которая подвержена температурному расширению. Колба с жидкостью прикладывается к шкале. При нагреве жидкость расширяется, и столбик растет, а при охлаждении — наоборот, сжимается (уменьшается). Погрешность измерений такими приборами составляет менее 0,1 градуса.
  2. Газовые. Принцип действия — тот же, что и у жидкостных, но в качестве заполнителя для колбы выбирается инертный газ. Это позволяет существенно увеличить температурный диапазон измерения (если для жидкостных предел — +600 градусов, то для газовых — +1000 градусов). С их помощью можно измерять температуру в различных раскаленных жидких средах.
  3. Механические. В основе действия — принцип деформации металлической спирали. Часто эти термометры комплектуются стрелочным “дисплеем”. Устанавливаются в спецтехнике, автомобилях, на автоматизированных линиях. Нечувствительны к ударам.
  4. Электрические. Работают, измеряя уровень сопротивления проводника при разных температурных показателях. В качестве проводника могут использоваться разные металлы (например, медь или платина). Соответственно, и диапазон измерений таких устройств будет отличаться. Чаще всего такие модели применяются в лабораторных условиях.
  5. Термоэлектрические. В конструкции предусмотрено два проводника, проводящие замеры по физическому принципу на основе эффекта Зеебека. Эти устройства очень точные, работают с погрешностью до 0,01 градуса и подходят для высокоточных измерений в производственных процессах, когда рабочая температура превышает 1000 градусов.
  6. Волоконно-оптические. Чувствительные датчики из оптоволокна (оно натягивается и сжимается или растягивается при изменении температуры, а прибор фиксирует степень преломления проходящего луча света). Допустимый диапазон измерений — до +400 градусов, а погрешность — не более 0,1 градуса.
  7. Инфракрасные. Непосредственный контакт с измеряемым веществом не требуется: прибор генерирует инфракрасный луч, который направляется на изучаемую поверхность. Это современный вид бесконтактных термометров, которые работают с точностью до нескольких градусов и подходят для высокотемпературных измерений. С их помощью можно измерять даже температуру открытого пламени.

Компания «Измеркон» предлагает как разные виды термометров, так и комбинированные устройства, в том числе манометры-термометры или гигрометры-термометры для автономной работы с энергонезависимой памятью, обеспечивающей постоянную фиксацию результатов измерений.

Источник

Устройство автомобилей

Приборы измерения температуры

Общие сведения о приборах для измерения температуры

Для контроля эффективной работы систем и агрегатов автомобиля необходимо знать их температурный режим. При эксплуатации, например, непрогретого двигателя резко снижаются его мощностные и экономические показатели, а его перегрев ведет к снижению ресурса или возникновению неисправностей, вплоть до полного отказа из-за заклинивания деталей цилиндропоршневой группы.

Для контроля температурного режима работа узлов и агрегатов на автомобиле применяются дистанционные термометры и сигнализаторы температуры, датчики которых устанавливают в контролируемой среде, а указатели — на приборной панели автомобиля в кабине водителя.

По принципу действия приборы для измерения температуры делятся на механические, электромеханические и электрические. К механическим приборам относятся жидкостные (обычно ртутные) и манометрические термометры. Механические термометры обычно используются для измерения относительно низких температур и в конструкции автомобилей не применяются.

В автомобильной технике для измерения температуры рабочих сред и элементов конструкции чаще применяются термобиметаллические импульсные и логометрические температурные приборы, которые можно объединить общим названием – термоэлектрические приборы.

В импульсных термобиметаллических термометрах используется эффект деформации, возникающий при нагреве пластины, спаянной из двух разнородных металлов или сплавов (биметаллическая пластина).

Работа термоэлектрических термометров логометрического типа основана на термоэлектрическом эффекте, возникающем при нагревании места спая двух проводников из неоднородных металлов или сплавов (терморезистора). Если два других конца проводников замкнуть, то под действием термоЭДС нагреваемого спая в образовавшейся цепи возникает электрический ток, величина которого зависит от степени нагрева места спая.

Спаянную или сваренную пару из двух разнородных металлов или сплавов называют термопарой или терморезистором. Обычно для измерения относительно низких температур (до 600 ˚С) в машиностроении применяют хромель-копелевые (ХК) термопары, а для измерения высоких температур (до 1000 ˚С) – хромель-алюмелевые (ХА) термопары. Существуют также и другие типы термопар.

Устройство термобиметаллического импульсного термометра

Термобиметаллический импульсный термометр состоит из датчика и стрелочного указателя. Общее устройство указателя и схема работы импульсной системы показаны на рис. 1.

Рис. 1. Импульсная система: а — устройство указателя; б — схема импульсного измерителя температуры:
1 — стрелка; 2 — спираль указателя; 3П-образная термобиметаллическая пластина; 4 — регулировочный сектор; 5 — упругая пластина; 6 — спираль датчика; 7 — биметалл датчика; 8 — контакты

Датчик термобиметаллического импульсного термометра (рис. 2) представляет собой латунный тонкостенный баллон 9, закрепленный в корпусе 6. Термобиметаллическая пластина 3 баллона закреплена на изоляторе 8 основания. На термобиметаллическую пластину намотана нагревательная обмотка 4, один конец которой соединен с контактом 2, а второй через контактор 5 подходит к выводному зажиму 7. Неподвижный контакт 1 соединен с корпусом 6 датчика.

Рис. 2. Датчик термобиметаллического импульсного термометра: 1 и 2 — контакты; 3 — термобиметаллическая пластина; 4 — обмотка; 5 — контактор; 6 — корпус; 7 — зажим; 8 — изолятор; 9 — баллон Рис. 3. Терморезисторный датчик температуры: 1 — баллон; 2 — зажим; 3 — пружина; 4 — терморезистор

Указатель термобиметаллического термометра по своей конструкции и принципу действия аналогичен термобиметаллическому указателю давления (рис. 1).

Устройство логометрического термометра

Логометрические термометры, также как и манометры состоят из датчика и указателя. Конструкция и принцип действия указателя логометрического термометра аналогичны конструкции указателя давления

Терморезисторный датчик к температуры (рис. 3) представляет собой латунный баллон 1, к плоскому донышку которого с помощью токоведущей пружины 3 прижат терморезистор 4, выполненный в виде таблетки.
Пружина 3 верхним концом соединена с зажимом 2 датчика и изолирована от стенки баллона специальной втулкой.
Сопротивление терморезистора значительно уменьшается при повышении температуры, что приводит к увеличению силы тока, проходящего через измерительные индукционные катушки логометрического указателя.

Сигнализаторы аварийной температуры

Применение на автомобиле дистанционного стрелочного термометра не гарантирует, что внезапное нарушение теплового режима двигателя будет сразу замечено водителем. Поэтому в дополнении к стрелочному термометру устанавливают сигнализатор аварийной температуры.
При этом если система охлаждения двигателя жидкостная, датчик сигнализатора температуры устанавливают в верхний бачок радиатора, а если на автомобиле двигатель с воздушным охлаждением (например, автомобили «ЗАЗ», «ЛуАЗ»), то датчик сигнализатора аварийной температуры устанавливают в смазочную систему и по температуре масла судят о температурном режиме двигателя.

Сигнализаторы применяют также для контроля температуры масла в автоматической коробке передач. Все используемые на автомобилях датчики сигнализаторов аварийной температуры биметаллические.

Конструкция датчика сигнализатора аварийной температуры охлаждающей жидкости, применяемого на автомобилях марки «КамАЗ», приведена на рис. 4 .
Датчик имеет массивный латунный корпус 7, на дне которого под прижимной шайбой 6 находится петлеобразная термобиметаллическая пластина 1 с контактом 5. В выводном зажиме 3, изолированном от корпуса 7, по резьбе можно перемещать тарельчатый контакт 4, тем самым устанавливая температуру замыкания контактов.

Рис. 4. Датчик сигнализатора аварийной температуры: 1 — термобиметаллическая пластина; 2 — изолятор; 3 — зажим; 4 — тарельчатый контакт; 5 — контакт; 6 — прижимная шайба; 7 — корпус

При достижении температуры охлаждающей жидкости 92…98 ˚С термобиметаллическая пластина разгибается и замыкает контакты 5 и 4, что приводит к включению контрольной лампочки на приборной панели.

Аналогичную конструкцию имеют датчики аварийного включения вентилятора системы охлаждения в современных автомобилях с электрическим приводом вентилятора. Основное отличие этих датчиков от рассмотренных выше заключается в наличии двух контактных выводов вместо одного.

Источник

Виды и принцип работы термодатчиков

Содержание статьи

Принцип работы датчика-термопары

Основной принцип работы температурных датчиков в системах автоматического управления – преобразование температуры в электрическое значение. Эффективность использования электрических величин обеспечена: удобством передачи на большие расстояния с высокой скоростью, возможностью их обратной трансформации, преобразования в цифровой код, чувствительностью измерений. Различают несколько типов устройств.

Принцип действия устройства основан на термоэлектрическом эффекте: если в замкнутом контуре из двух полупроводников или проводников места спаев (контактов) имеют разную температуру, то в нем возникает электрический ток. Спай, расположенный в среде, в которой происходит измерение температуры, называется «горячим», противоположный контакт – «холодным». Чем больше температура измеряемой среды отличается от температуры воздуха, тем больший электрический ток возникает. Эти измерительные устройства могут иметь изоляционный слой или изготавливаться без него. Во втором случае термопары могут использоваться только в схемах, не контактирующих с «землей».

Схематичное изображение термодатчика

Виды термопар

  • Хромель-алюминиевые. В основном применяются в промышленности. Характерные особенности: широкий температурный интервал измерений -200…+13000°C, доступная стоимость. Не допускаются к применению в цехах с высоким содержанием серы.
  • Хромель-копелевые. Применение сходно с предыдущим типом, особенность – сохранение работоспособности только в неагрессивных жидких и газообразных средах. Часто используются для измерения температуры в мартеновских печах.
  • Железо-константовые. Эффективны в разреженной атмосфере.
  • Платинородий-платиновые. Наиболее дорогие. Для них характерны стабильные и точные показания. Используются для измерения высоких температур.
  • Вольфрам-рениевые. Обычно в их конструкции присутствуют защитные кожухи. Основная область применения – измерение сред со сверхвысокими температурами.

Терморезистивные датчики

Принцип действия резистивных датчиков температуры (RTD) основан на зависимости сопротивления проводника или полупроводника от температуры. Для изготовления проводников применяют материалы с высоким температурным коэффициентом сопротивления и линейным соответствием сопротивления и температуры. Указанные характеристики относятся к пластине, в несколько меньшей степени – к меди.

Преимущества проводниковых термометров сопротивления:

  • простая и надежная конструкция, которая обуславливает использование этих устройств в машиностроении и электронике;
  • высокая точность и чувствительность;
  • простые устройства считывания.

Пример – модель 700-101ВАА-В00, в конструкции которой присутствуют платиновая пластинка и никелевые контакты. Платиновые устройства могут работать в пределах -260…+1100°C.

Полупроводниковые датчики температуры демонстрируют высокую стабильность характеристик во времени. Полупроводниковые терморезисторы имеют большой температурный коэффициент сопротивления (ТКС). Датчики температуры с отрицательным ТКС называются термисторами (с ростом температуры сопротивление снижается), с положительным – позисторами (с возрастанием температуры сопротивление увеличивается). Обозначение термисторов – NTC, позисторов – PTC.

Аналоговые и цифровые термометры

Аналоговые

Эти устройства обычно недороги и не требуют сложного ухода. Главная их проблема – шкала. Либо она показывает температуру с высокой точностью, но измерительный интервал при этом очень мал, либо охватывает широкий температурный диапазон, но точность показаний – приблизительна.

Цифровые

Такие устройства дороже, по сравнению с аналоговыми, но их точность гораздо выше. Позволяют производить измерения в широком интервале, применяются в быту и технике.

Конструктивные составляющие цифрового термометра:

  • чувствительный элемент (обычно это терморезистор);
  • аналогово-цифровой преобразователь, который трансформирует электрический сигнал от терморезистора в цифровой;
  • дисплей;
  • элемент питания;
  • вводы-выводы сигналов, необходимые для взаимодействия с другими устройствами.

Источник

Оцените статью
Электроника