«Электрорадиоизмерения» (стр. 4 из 6)

Тензосопротивления используются в приборах для измерения деформаций неэлектрических величин: усилия, давления, моментов и так далее. Для примера рассмотрим устройство прибора для измерения давления (манометр) с использованием проволочных тензосопротивлений (рис. 11).

Рис. 11 Манометр с тензометрическим преобразователем

Схема состоит из измерительного преобразователя – стального цилиндра с наклеенными тензосопротивлениями R_p и R_k, включенными в мостовую схему усилителя с миллиамперметром на выходе. Зависимость деформации и поверхности цилиндра ε_l от давления можно определить по формуле: ε _l=P_xr/Eh, где Р_x – измеряемое давление; r, h – радиус и толщина стенок цилиндра; Е – модуль упругости стали. Деформация ε_l воспринимается рабочим тензосопротивлением R_p. Компенсационное тензосопротивление R_k, наклеенное вдоль образующей цилиндра, служит для температурной компенсации.

В целях увеличения мощности рассеяния тензорезистора применяют проволочные решетки, закрепленные по концам, - «открытые конструкции». Здесь части 1 и 2 связаны с объектом и могут перемещаться относительно друг друга. Проволока закрепляется на стойках 3 из изолирующего материала (керамика).

2.5. Термометры электрического сопротивления

Наиболее часто терморезисторы используются в приборах для измерения температуры. Они называются термометрами электрического сопротивления, или термометрами сопротивления. Такие терморезисторы работают при малой нагрузке током, чтобы выделяемое ими тепло было возможно малым по сравнению с теплом, получаемым от среды, температура которой измеряется.

Наибольшее распространение получили преобразователи термометров сопротивления, выполненные из платиновой или медной проволоки.

Платиновые терморезисторы применяются для измерения температур в интервале от -183 до +500 °С (температура кипения кислорода составляет -182,97 °С).

Зависимость сопротивления платины от температуры t в диапазоне от 0 до +660 °С подчиняется следующему выражению:

R _t= R₀(1+β₁t+β₂t)

где R0 — сопротивление при температуре 0 °С

В интервале от 0 д||-183 °С зависимость сопротивления платины от температуры выражается уравнением:

R₁ = R₀[1+ β₁t+β₂t²+β₃(t-100)t³]

Значения температурных коэффициентов в приведенных выше формулах следующие:

β₁ = 3,940*10^-3 1/1°C; β₂ = -5,8*^10-7 1/1°C; β₃ = 4*10^-12 1/1°С

Термометры сопротивления с преобразователем из медной проволоки применяются для измерения температур не выше

100...150°С, так как при более высоких температурах медь заметно окисляется.

Зависимость сопротивления меди от температуры можно определить по формуле:

R_t = R₀(1+β_cut),

где R₀ — сопротивление при температуре 0°С; β_Cu — температурный коэффициент меди, равный 4,28-10^-3 1/1 °С.

Рабочий ток в преобразователе термометра сопротивления обычно не превышает 10... 15 мА. Начальное сопротивление (при 0°С) таких преобразователей составляет 50 Ом, реже — 100 Ом. При подобных параметрах теплота, выделяемая током в промышленных термометрах сопротивления, не отражается на точности измерения.

В платиновых термометрах сопротивления применяется проволока без изоляции, наматываемая на каркас из слюдяных пластан: в медных термометрах сопротивления используется проволока, изолированная эмалью или шелком, которая наматывается на каркас из пластмассы либо керамики. В последнее время иногда в качестве преобразователей термометров сопротивления применяют полупроводниковые термосопротивления, имеющие отрицательный температурный коэффициент сопротивления порядка 0,03...0,04 1/1°С, что обеспечивает чувствительность преобразователя в 8... 10 раз большую, чем чувствительность преобразователя из металлической проволоки. Эти терморезисторы отличаются малыми размерами и большим сопротивлением (от 1000 до 200 000 Ом). Они пригодны для работы в диапазоне температур от-100 до+120 °С.

Недостатком полупроводниковых терморезисторов является заметная неидентичность их характеристик, что требует подгонки температурного коэффициента каждого из них к заданному значению путем последовательного или параллельного присоединения к нему сопротивления из манганина. Это ограничивает возможность широкого использования полупроводниковых терморезисторов для измерений температуры.

Рис. 12 Устройство платинового термосопротивления

Неизолированная платиновая проволока 2 диаметром 0,07 мм, намотана бифилярно на каркас из слюды 1. К концам обмотки приварены выводы из толстой проволоки или ленты. Каркас с обмоткой зажат между двумя широкими пластинами 3, служащими для изоляции проволоки преобразователя. Пакет из слюдяных пластин скреплен серебряной лентой 4 и вставлен в алюминиевый цилиндрический цоколь 5, защищающий обмотку преобразователя от механических повреждений.

Рис.13 Общий вид термометров сопротивления: а – ТСП-175; б – ТСП-972; в – ТСП-0063.

Сигнализатор типа CBК-3М представляет собой автоматический непрерывно действующий прибор. Принцип действия прибора основан на определении теплового эффекта сгорания горючих газов и паров на поверхности чувствительных элементов, выполненных в виде цилиндров из оксидов алюминия, внутри которых установлена платиновая нить.

При появлении горючих газов в воздухе контролируемого помещения на рабочем чувствительном элементе R1 происходит окисление горючего газа, при этом повышается температура элемента, и электрическое сопротивление платиновой спирали увеличивается. Нарушается условие равновесия измерительного моста и в измерительной диагонали моста возникает разность потенциалов, пропорциональная объёмной концентрации горючего газа.

Устройство датчика сигнализатора типа СВК-3М показано на рис. 14

Рис. 14 Устройство датчика сигнализатора типа СВК – 3М:

Эжектор 1, запитанный давлением сжатого воздуха через фильтр 8 и

редуктор 7, под действием разряжения пропускает через датчик 3 анализируемый газ, расход которого контролируется ротаметром 2. Двухходовой кран 6 переключается в два положения: "анализ", при котором контролируется загазованность помещения, и «контроль», при котором производится проверка нуля прибора по воздуху.

2.6. Термоэлектрические преобразователи

Термоэлектрическим преобразователем является термопара, представляющая собой два проводника А и В (рис. 15, а) из разнородных материалов, соединенных между собой в точке 7 (рабочий конец термопары — «горячий спай») и точке 2 (свободный конец термопары — «холодный спай»).

Если изменять температуру одной из этих точек, то в цепи появится термоЭДС, являющаяся разностью функций температур мест соединения проводников:

E_AB = f(t₁) - f₁(t₂).

Если поддерживать температуру одной точки соединения постоянной, например точки 2, то

E_AB=f(t₁)-C=f₁(t_l).

Последнее выражение и положено в основу измерения температуры с помощью термопар.

Измерение термоЭДС производится либо милливольтметром (рис. 15, б), либо компенсатором. Точка соединения 1 называется рабочим концом термопары, а точки соединения 2 — свободными концами термопары. Милливольтметр с данной термопарой образует термоэлектрический термометр.

Градуировка такого термометра производится при температуре свободных концов, равной 0°С. При практическом использовании термометра температура свободных концов обычно выше нуля, что вызывает погрешность измерения: прибор показывает несколько меньшую по сравнению с действительной температуру. Введение поправки на температуру свободных концов сводится к тому, что к показаниям прибора прибавляют температуру свободных концов.

Удлинительные термоэлектроды. Чтобы обеспечить постоянную температуру свободных концов и облегчить введение поправки, желательно отвести свободные концы дальше от зоны высокой температуры.

Термопара обычно помещается в жесткую защитную арматуру (от химического воздействия испытуемой среды и от механических повреждений) поэтому приходится надставлять ее гибкими термоэлектродами, присоединяя их, с одной стороны, к коробке зажимов термопары, а с другой - к проводам, идущим к милливольтметру. Такие термоэлектроды часто называют компенсационными проводами, однако это название не является точным, так как эти термоэлектроды ничего не компенсируют.