Механические датчики температуры жидкости

Механические контактные термометры

Механические контактные термометры основаны на тепловом расширении веществ (твердых, жидких, газообразных). Это жидкостные и газовые, биметаллические, дилатометрические термометры.

Достоинства. надежность, малые затраты при эксплуатации, хорошая точность, низкая стоимость.

Рис. 16.1 Дилатометрический термометр с чувствительным элементом в виде трубки и стержня из разнородных материалов (а) и в виде двух стержней (б).

Рис. 16.2 Варианты конструктивного исполнения биметаллических чувствительных элементов.

Биметаллический датчик температуры сделан из двух разнородных металлических пластин, скрепленных между собою. Различные металлы имеют различный коэффициент расширения при той или иной температуре. Например, константан практически не расширяется при температуре, железо, напротив испытывает заметное расширение. Если полоски из этих металлов скрепить между собой и нагреть (или охладить), то они изогнутся. В биметаллических датчиках пластинки замыкают или размыкают контакты реле, или двигают стрелку индикатора. Диапазон работы биметаллических датчиков от -40 °С до +550 °С.

Биметаллические датчики используют для измерения поверхности твердых тел, реже для измерения температуры жидкости.

Основным преимуществом датчиков является простота и надежность конструкции, возможность работы без электрического тока, низкая стоимость.

Вместе с тем, биметаллические датчики температуры имеют большой разброс характеристик, а так же большой гистерезис переключения, особенно при низких температурах.

Основные области применения биметаллических температурных датчиков – автомобильная промышленность, системы отопления и нагрева воды.

Жидкостные и газовые термометры являются распространенными типами датчиков температуры.

Первая шкала температуры была предложена Фаренгейтом в начале 18-го века именно для жидкостного термометра. Жидкостные термометры используют эффект расширения жидкостей при повышении температуры.

В качестве жидкостей используется спирт или ртуть в диапазоне комнатных температур. Для измерений низких температур, например в криогенной технике, может быть использован жидкий неон. а для измерения высоких температур обычно используют галлий, который находится в жидком состоянии уже от 20 °С.

В газовых термометрах используется эффект расширения, при переходе вещества из жидкого в газообразное состояние. Газ давит через мембрану и замыкает электрические контакты. Диапазон измерений для жидкостных и газовых термометров от -200 °С до +500 °С. Термометры этого класса обычно применяются для визуального контроля температуры, либо в качестве термостатов в различных нагревателях и холодильной технике.

Применение современных методов и средств получения и обработки первичной информации дает новый импульс развития традиционных методов измерения температуры.

Рис. 16.3 Двухступенчатый датчик температуры:

1 — стеклянный ртутный термометр; 2 — обмотка катушки индуктивности.

Каталог термометров

Термометр - прибор, измеряющий температуру вещества (воздух, вода, тело и т.д.). Различают: жидкостные термометры, принцип действия, которых основывается на изменении объема жидкости, которая наполняет термометр; механические термометры – в качестве датчика такого типа термометра используют металлическую спираль; электрические термометры – приборы, в основу измерения которых положен принцип изменения сопротивления проводника под действием температуры; оптические термометры основаны на изменении уровня светимости при изменении температуры; инфракрасный термометр измеряет температуру бесконтактным методом.

Термометры электроконтактные

Термометры такого типа предназначены для сигнализации о достижении заданной температуры или поддержания температуры в пределах рабочей шкалы в различных установках.

Термометры технические.

Предназначены для местного контроля температуры в трубопроводах, сосудах и других промышленных установках.

Применяются для измерения температуры в технических целях, таких как измерение температуры охлаждающей жидкости в головке цилиндра, измерение температуры воздуха в воздушной магистрали, измерение температуры эфира в испарительной камере аппарата эфиро-воздушного наркоза и др.

Термометры такого типа используются в промышленности. Они применяются в измерении температуры в камерах рефрежираторов, для измерения температуры охлаждающего воздуха в условиях полета летательных аппаратов и др.

Термометры такого типа измеряют температуру в метеорологических целях, таких как определение максимальной температуры за отрезок времени, определение температуры глубинных слоев почвы и др.

Предназначены для точных измерений температур в лабораторных условиях или использования в качестве образцовых.

Проволочные датчики температуры Heraeus

Платиновые датчики температуры можно разделить на две фундаментально разных категории это датчики с проволочным чувствительным элементом и тонкопленочные датчики. В первом случае измерительным ядром датчика является проволочная спираль, во втором тонкопленочный меандр на керамической подложке.

Производство тонкопленочных датчиков полностью автоматизировано, также для их производства требуется меньше платины. Отсюда достаточно низкая стоимость этих изделий и их нацеленность на массовые рынки сбыта. Однако проволочные датчики обладают некоторыми неоспоримыми преимуществами, которые обусловили сферу их применения. В первую очередь, это химическая промышленность и энергетика, а также лабораторные измерительные приборы.

Обычно, датчики такого типа выпускаются только на номинальное сопротивление 100 Ом (при 0°С), однако компания Heraeus может производить на заказ термосопротивления и с другим сопротивлением (25, 50, 100, 200, 500 Ом).

1. Ударопрочность и вибростойкость

Проволочные датчики температуры не чувствительны к механическим нагрузкам, колебаниям и ударам, они имеют высокое сопротивление ударной нагрузке и давлению. Это объясняется конструкцией самого датчика - платиновая проволочная спираль свободно двигается внутри керамического корпуса, заполненного алюминиевым порошком, и фиксируется только на его концах.

1. Нагрузка более высоким током

При прохождении тока термосопротивления нагреваются, это значение отражает параметр самонагрева. Поскольку проволочная спираль имеет большую, по сравнению с пленочными, площадь контакта с окружающей средой, самонагрев проволочных датчиков от 2 до 10 раз ниже по сравнению с тонкопленочными датчиками. Благодаря более эффективной теплопередаче проволочные датчики выдерживают более высокий ток измерений, до 10 мА.

1. Возможность установки двух спиралей в один корпус

Проволочные датчики позволяют использовать сразу два измерительных элемента две платиновые спирали в одном керамическом корпусе для удобства эксплуатации и более широких функциональных возможностей.

1. Возможность выдерживать термоудар

Это обусловлено свободным расположением спирали в корпусе. У напыленных датчиков при больших термических градиентах происходит разрушение керамической подложки из-за разного КТР платины и керамики. Компания Heraeus выпускает специализированную серию K для приложений с высокой вероятностью термоударов.

1. Отличная долгосрочная стабильность

Проволочные датчики будут правильным выбором для приложений, требующих высокой температурной стабильности. В документации на датчики указана «сверхдолгая стабильность», в то время как стабильность тонкопленочных термосопротивлений ухудшается уже после 1000 часов работы.

Датчики серии KN, 200…+600 °