Измерение температуры: принцип действия и конструкция термометров сопротивления и термопар

Измерение температуры: принцип действия и конструкция термометров сопротивления и термопар
14 Ноября 2014
Самыми распространенными типами датчиков для измерения температуры в промышленных условиях являются термометры сопротивления и термоэлектрические преобразователи или термопары. По сути оба вида датчиков являются первичными преобразователями и для получения с них значения температуры, необходимо использовать вторичные нормирующие преобразователи, либо же специальные входы модулей ввода промышленных контроллеров (ПЛК).
Термометры сопротивления – конструктивно выполняются посредством намотки проволоки из меди или платины на изоляционный каркас. Для защиты от механических повреждений и удобства монтажа термометры сопротивления заключают в защитную арматуру различного исполнения. 
Принцип действия термометров сопротивления основан на изменении их электрического сопротивления от температуры объекта. 
В общем виде зависимость имеет вид Rt=R0(1+at), где Rt - сопротивление датчика при его напревании на t градусов Цельсия; R0 - сопротивление датчика при 0 градусов Цельсия; a - температурный коэффициент. 
Изменение температуры вызывает изменение теплового колебания кристаллической решетки металла, что в свою очередь влияет на изменение электрического сопротивления датчика. То есть, чем выше температура датчика, тем выше колебания кристаллической решетки, а значит, больше и электрическое сопротивление. Характеристики термометров сопротивления различных типов представлены ниже.
Технические характеристики терометров сопротивления.jpg
Технические характеристики термометров сопротивления

50П.jpg
Градуировка платинового термометра сопротивления 50П (R0=50 Ом)

50M.jpg
Градуировка медного термометра сопротивления 50М (R0=50 Ом)

100П.jpg
Градуировка платинового термометра сопротивления 100П (R0=100 Ом)

100M.jpg
Градуировка медного термометра сопротивления 100М (R0=100 Ом)

Другим распространенным видом датчиков температуры является термоэлектрический преобразователь или, как их еще называют, термопары. Термопара представляет собой спай двух проводников (термоэлектродов). При нагревании «горячего» спая на концах «холодного» спая образуется термо электродвижущяя сила (ЭДС) постоянного тока.
Согласно закону Зеебека, в замкнутой электрической цепи, образованной двумя разнородными проводниками, возникает термо ЭДС, пропорциональная разности температур спаев и не зависит от других параметров: диаметра (сечения), длины и удельного сопротивления электродов. Значение термо ЭДС пропорционально значению разности температур. Чем больше разность температур, тем больше термо ЭДС. Конструкция рабочего "горячего" спая выполняется посредством скрутки двух термоэлектродов, которые помещены в защитный корпус. Рабочий спай изолируется для предотвращения короткого замыкания на корпус датчика. Концы термоэлектродов выводятся на клеменник.

tept.jpg
В таблице представлены технические характеристики основных типов термоэлектрических преобразователей (термопар).

На рисунке ниже представлена конструкция термопары типа ТХК. Рабочий "горячий" спай выполняется скруткой и последующей сваркой двух разнородных материалов - хромеля и копеля. Для защиты такого датчика от механических повреждений при измерении температуры объектов они помещаются в специальный жаропрочный корпус. Рабочий спай (2) изолирован от корпуса фарфоровым наконечником (3); электроды для защиты от замыкания между собой или корпусом изолируются фарфоровыми бусами (4). Концы термоэлектродов через асбестовое уплотнение выводятся на блок зажимов. Для герметизации блок зажимов головки термопары закрывается крышкой с резиновым уплотнением. Такие датчики могут работать под избыточным давлением, для этого на корпусе имеется резьба, с помощью которой осуществляется уплотнение технологического отверстия для измерения температуры.
termopara.jpg




Читайте также
Подразделы