Преобразователей температуры

Преобразователи с навесными тензорезисторами ( 6.21), используемые для преобразований очень малых перемещений (деформаций усадок, ползучести), являются более чувствительными. Это достигается за счет конструкции корпуса /, в котором с помощью прорезей и отверстий образованы упругие шарниры, обеспечивающие взаимный поворот правой и левой частей корпуса при деформации исследуемого объекта. При этом тензочувствительные проволоки 2, 3, натянутые вдоль продольных кромок корпуса преобразователя, подвергаются деформациям разных знаков. Важной особенностью таких преобразователей является возможность получения 5... 10-кратного увеличения преобразуемого перемещения, что достигается подбором соответствующего отношения b-Jb^. Измерительная база таких преобразователей составляет 10...100 мм, диапазон относительной деформации — 520... ...1250 ЕОД, относительная погрешность преобразования — около 1%.

Суммарная погрешность, вызванная непостоянством параметров преобразователей, составляет 0,05...0,1 %. Температурная погрешность, определяемая температурным коэффициентом сопротивления материала провода, не превышает обычно 0,1 % на 10 °С.

Начальная емкость большинства емкостных преобразователей обычно составляет 10... 100 пФ. Поэтому даже на высоких частотах емкостные преобразователи имеют большое выходное сопротивление, а следовательно, при заданном уровне питающего напряжения — низкую выходную мощность. Такие преобразователи, как правило, применяются совместно с усилителями при тщательном экранировании измерительных цепей. Основная погрешность емкостных преобразователей составляет 1...3 %.

На точность работы индуктивных преобразователей оказывают влияние изменения температуры, вследствие чего изменяются магнитная проницаемость и длина воздушных зазоров, колебания напряжения питания и частоты. Обычно погрешность индуктивных преобразователей составляет 0,1... 1,5 %.

В высокочастотных бесконтактных преобразователях на внешней поверхности тонкостенной стеклянной пробирки или трубки, заполненной исследуемым раствором, установлены измерительные электроды в емкостных или измерительная обмотка в индуктивных преобразователях. Такие преобразователи включают обычно в резонансный контур, питаемый высокочастотным напряжением. Добротность такого контура является функцией сопротивления, а значит, и концентрации исследуемого раствора. Частота питания составляет 1... ...100МГц. Погрешность преобразования электролитических преобразователей составляет 1...2 %.

Точность ионизационных преобразователей составляет несколько процентов. Основное преимущество таких преобразователей — бесконтактность преобразования, т. е. их целесообразно применять в агрессивных с повышенной адгезионной способностью, взрывоопасных средах при повышенных давлениях и температурах, где применение иных преобразователей сопряжено со значительными трудностями или недопустимо с точки зрения безопасности.

Внутреннее сопротивление электрокинетических преобразователей имеет величину порядка 100 ком. Поэтому напряжение тепловых шумов, определяющее порог чувствительности преобразователя, составляет около 1 мкв. Отсюда динамический диапазон электрокинетических преобразователей равен Да — 10вн-107, т. е. один и тот же преобразователь пригоден для измерения давлений от 0,1 н/м2 до 1 Мн/м2 (от 10~6 до 10 am). При измерении ускорений чувствительность электрокинетических преобразователей составляет обычно несколько милливольт на 1 g.

Большинство преобразователей требует для нормальной работы напряжения 2—10 в, потребляя при этом ток порядка 10—100 ма. Таким образом, мощность, необходимая для питания всех элементов измерительной цепи и преобразователей, составляет примерно 0,2—0,5 em. Только при использовании мощных индуктивных или реостатных преобразователей, когда надо получить значительную выходную мощность без применения усилителей, мощность, потребляемая измерительной цепью, может достигать 10—15 em.

Суммарная погрешность, вызванная непостоянством параметров преобразователей, составляет 0,05...0,1 %. Температурная погрешность, определяемая температурным коэффициентом сопротивления материала провода, не превышает обычно 0,1 % на 10 °С.

Начальная емкость большинства емкостных преобразователей обычно составляет 10...100 пФ. Поэтому даже на высоких частотах емкостные преобразователи имеют большое выходное сопротивление, а следовательно, при заданном уровне питающего напряжения — низкую выходную мощность. Такие преобразователи, как правило, применяются совместно с усилителями при тщательном экранировании измерительных цепей. Основная погрешность емкостных преобразователей составляет 1...3 %.

На точность работы индуктивных преобразователей оказывают влияние изменения температуры, вследствие чего изменяются магнитная проницаемость и длина воздушных зазоров, колебания напряжения питания и частоты. Обычно погрешность индуктивных преобразователей составляет 0,1... 1,5 %.

градского политехнического института A.M. Туричиным, П. В. Новицким, Е. С. Левшиной, В. С. Гутниковым, С. А. Спектором, В. Г. Кнор-рингом, Э. А. Кудряшовым и др. [125]. Фундаментальным трудом по систематизации датчиков физических величин выпускаемых нашей промышленностью, является работа Д. И. Агейкина и соавторов [11. Большое значение в развитии измерительных преобразователей температуры имеют работы таких ученых, как А. Н. Гордов [31, 321, Н. Я. Ярышев [140]. Обобщающими в области построения гальваномагнитных преобразователей являются работы О. К. Хомерики, в частности [135]. В настоящее время все большее значение приобретают вопросы анализа и синтеза измерительных преобразователей, нашедшие свое развитие в работах М. Ф. Зарипова [40], а также вопросы, посвященные развитию новых физических принципов и средств преобразования физических величин и др.

Задача классификации измерительных преобразователей в первую очередь выдвигает требование установить целесообразные классификационные признаки. Эти признаки должны быть достаточно общими, чтобы учитывать требования как специалистов, работающих в области исследования и проектирования преобразователей, так и тех, кто занимается вопросами их применения. Для потребителя классификация измерительных преобразователей с точки зрения физической природы измеряемых величин (входного измерительного сигнала) является по всей вероятности наиболее естественной. Такой подход принят, как правило, в справочной литературе. Специалист, которого, например, интересует измерение температуры, среди множества преобразователей температуры будет искать те, которые в наибольшей степени удовлетворяют требованиям по диапазону, точности и т. п. При этом важное значение имеет и природа выходного сигнала, поскольку она определяет выбор методов и средств дальнейшего преобразования или измерения. Следовательно, одним из основных классификацион-

Температура как параметр теплового процесса не поддается непосредственному измерению. В то же время она является функцией состояния вещества и непосредственно связана с внутренней энергией тел, а через нее и с другими свойствами. Следовательно, при изменении температуры меняются многие другие физические свойства тел, которые и используются при построении преобразователей температуры.

Зависимости (13.8) и (13.9) являются весьма точной аппроксимацией функции преобразования платиновых преобразователей температуры в интервале — 200... + 650° С, которые используются в этом интервале для воспроизведения Международной температурной шкалы как эталонные.

К недостаткам платиновых преобразователей температуры относится довольно высокая загрязняемость платины при высоких температурах парами металлов (особенно железа), сравнительно невысокая химическая стойкость в восстановительной среде, вследствие чего она становится хрупкой, теряет стабильность характеристик.

К недостаткам медных преобразователей температуры относится высокая окисляемость меди при нагревании, вследствие чего они применяются в указанном сравнительно узком диапазоне температур в средах с низкой влажностью и при отсутствии агрессивных газов.

Кроме платины и меди для чувствительных элементов термопреобразователей температуры применяют никель, вольфрам и другие чистые металлы (табл. 13.2).

Таблица 13.4. Основные характеристики промышленных термоэлектрических преобразователей температуры

Существование множества различных конструкций термоэлектрических преобразователей температуры объясняется тем обстоятельством, что их разработка велась в разное время многими предприятиями и для различных отраслей промышленности. В настоящее время созданы и внедряются унифицированные типы конструкций термопреобразователей температуры, отличающиеся универсальностью и технологичностью.

13.3. Разновидности термоэлектрических преобразователей температуры.

Следует отметить, что в последнее время чувствительные элементы термоэлектрических преобразователей температуры стали изготовлять из специального термоэлектрического кабеля КТМС, представляющего собой два термоэлектродных провода, помещенные в защитную трубку и засыпанные порошком изоляционного материала. Такие чувствительные элементы более технологичны и обладают сравнительно низкой инерционностью.