Температурные датчики (стр. 3 из 3)

Главным преимуществом цветовых пирометров является то, что неполнота излучения исследуемого объекта не вызывает погрешности изменения температуры. Кроме того, показания цветовых пирометров принципиально не зависят от расстояния до объекта измерения, а также от коэффициента излучения в промежуточной среде, если коэффициенты поглощения одинаковы для обеих длин волн.

Кварцевые термопреобразователи

Для измерения температур от –80 до 250 ⁰С часто используются так называемые кварцевые термопреобразователи, использующие зависимость собственной частоты кварцевого элемента от температуры. Работа данных датчиков основана на том, что зависимость частоты преобразователя от температуры и линейность функции преобразования изменяются в зависимости от ориентации среза относительно осей кристалла кварца.

Кварцевые термопреобразователи имеют высокую чувствительность (до 10³ Гц/К). высокую временную стабильность (2*10 ^–2 К/год) и разрешающую способность 10 ^–4 – 10 ^–7 К, что и определяет перспективность. Данные датчики широко используются в цифровых термометрах.

Шумовые датчики.

Действие шумовых термометров основано на зависимости шумового напряжения на резисторе от температуры. Данная зависимость определяется формулой:

,

где

- средний квадрат напряжения шума, K – постоянная Больцмана, T – абсолютная температура, R – сопротивление резистора, - полоса воспринимаемых частот.

Практическая реализация метода измерения температуры на основе шумовых резисторов заключается в сравнении шумов двух идентичных резисторов, один из которых находится при известной температуре, а другой – при измеряемой. Шумовые датчики используются, как правило, для измерения температур в диапазоне –270 – 1100 ⁰С.

Достоинством шумовых датчиков является принципиальная возможность измерения термодинамической температуры на основе указанной выше закономерности. Однако это значительно осложняется тем, что среднее квадратическое значение напряжения шумов очень трудно измерить точно вследствие его малости и сопоставимости с уровнем шума усилителя.

ЯКР - датчики.

ЯКР-термометры (термометры ядерного квадрупольного резонанса) основаны на взаимодействии градиента электрического поля кристаллической решетки и квадрупольного электрического момента ядра, вызванного отклонением распределения заряда ядра от сферической симметрии. Это взаимодействие обусловливает прецессию ядер, частота которой зависит от градиента электрического поля решетки и для различных веществ имеет значения от сотен килогерц до тысяч мегагерц. Градиент электрического поля решетки зависит от температуры, и с повышением температуры частота ЯКР снижается.

Датчик ЯКР-термометра представляет собой ампулу с веществом, заключенную внутрь катушки индуктивности, включенной в контур генератора. При совпадении частоты генератора с частотой ЯКР происходит поглощение энергии от генератора. Погрешность измерения температуры -263 ⁰С составляет ± 0.02 ⁰С, а температуры 27 ⁰С - ± 0.002 ⁰С.

Достоинством ЯКР-термометров является его неограниченная во времени стабильность, а недостатком – существенная нелинейность функции преобразования.

Дилатометрические преобразователи.

Дилатометрические (объемные) датчики измерения температуры основаны на явлении расширения (сжатия) твердых тел, жидкостей или газов при увеличении (уменьшении) температуры.

Температурный диапазон работы преобразователей, основанных на расширении твердых тел, определяется стабильностью свойств материалов при изменении температуры. Обычно с помощью таких преобразователей измеряют температуры в диапазоне –60 – 400 ⁰С. Погрешность преобразования составляет 1 – 5 %.

Температурный диапазон работы преобразователя с расширяющейся жидкостью зависит от температур замерзания и кипения последней (для ртути - -39 – 357 ⁰С, для амилового спирта - -117 – 132 ⁰С, для ацетона - -94 – 57 ⁰С. Погрешности жидкостных преобразователей составляют 1 – 3 % и в значительной степени зависят от температуры окружающей среды, изменяющей размеры капилляра.

Нижний предел измерения преобразователей, использующих в качестве рабочей среды газ, ограничивается температурой сжижения газа ( - 195 ⁰С для азота, - 269 ⁰С для гелия), верхний же – лишь теплостойкостью баллона.

Акустические датчики.

Акустические термометры основаны на зависимости скорости распространения звука в газах от их температуры и используются в основном диапазоне средних и высоких температур. Акустический термометр содержит пространственно разнесенные излучатель акустических волн и их приемник, обычно включаемые в цепь автогенератора, частота колебаний которого меняется с изменением температуры; обычно такой датчик использует и различного типа резонаторы.

Список литературы.

1. К.Л. Куликовский, В.Я. Купер. Методы и средства измерений: Учеб. пособие для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1986. – 448 с.: илл.

2. М.А. Бабиков, А.В. Косинский. Элементы и устройства автоматики: Учеб. пособие для вузов. М.: Высшая школа, 1975. – 464 с.: илл.