Датчики термометров сопротивления.

В системах автоматического управления для измерения температуры объектов наиболее часто применяют электрические датчики, к которым относятся термометры сопротивления.

Действие термометров сопротивления основано на свойстве проводников (металлов) или полупроводников изменять свое электрическое сопротивление при изменении температуры. Они применяются для измерения температуры жидких и газообразных сред в пределах от -200 до +650⁰С.

Термометры сопротивления, в которых чувствительным элементом является проводник (металл), называют терморезистор.

У большинства чистых металлов при нагреве на 1К электрическое сопротивление увеличивается на 0,4 – 0,6%. Это связано с тем, что повышение температуры приводит к увеличению скорости движения свободных электронов. В результате увеличивается количество столкновений электронов с ионами, что приводит к увеличению электрического сопротивления проводника.

В настоящее время выпускаются две большие группы терморезисторов: платиновые и медные, которые соответственно обозначают ТСП и ТСМ. Платиновые терморезисторы предназначены для измерения температуры от -260 до +650⁰С, а медные от -50 до +100⁰С.

На рис.4.1 показано устройство чувствительных элементов платинового и медного терморезистора. В первом случае (рис. 4.1. а) платиновая проволока 2 диаметром 0,04 - 0,07мм на­матывается бифлярно на слюдяную пластинку 1. К концам об­мотки припаяны серебряные выводы 3, диаметром 1мм. Пластинка с обмоткой с наружи закрывается слюдяными накладками 4 и вместе с ними об­матывается серебряной лентой 5. Во втором случае (рис.4.1. б) изолированная медная проволока 2 диаметром 0,1мм, многослойно наматывается на пластмассовый стержень 1 и подсоединяется к выводам 3 из медной проволоки диаметром 1,0 – 1,5мм.

а б в

а– платиновый терморезистор: 1- слюдяная пластина; 2- проволока; 3- выводные контакты; 4-слюбяные контакты; 5- лента; б- медный терморезистор: 1- пластмассовый стержень; 2- проволока; 3- выводные контакты; в- защитные элементы: 6-чувствительный элемент; 7- внутренняя трубка; 8- бусы; 9- наружная трубка; 10- штуцер; 11- головка.

Рисунок 4.1. Конструкция терморезисторов.

Чувствительные элементы помещают в алюминиевую (платиновые) или металлическую трубку 7, являющуюся внутренним защитным чехлом (рис. 4.1. в). Фарфоровые бусы 8 предназначены для изоляции выводов. Вся измерительная система вместе с внутренним чехлом помещается в защитную трубку 9 и крепится к головке 11 при помощи штуцера 10. В головке размещены зажимы для присоединения электрических проводов.

Достоинством терморезисторов являются простота конструкции, высокая точность, надежность, широкий диапазон измеряемых температур, линейность статической характеристики.

В последнее время все более широкое применение находят термисторы, это термометры сопротивления в которых чувствительным элементом являются полупроводники. Пределы измерения температуры от -90 до +300⁰С.

Принцип действия термисторов основан на резком уменьшении электрического сопротивления полупроводников с увеличением температуры. Это явление обусловлено тем, что с ростом температуры увеличивается кинетическая энергия частиц и, следовательно, увеличивается число «свободных» электронов.

Конструктивно термисторы представляют собой рабочее тело из полупроводникового материала, снабженное двумя выводами. В качестве термочувствительного материала используют окислы металлов (меди, никеля, марганца, кобальта и др.), кремний, германий, сложные соединения нескольких металлов (сурьмянистый индий).

Типичные конструкции термисторов представлены на рис. 4.2.

а- бусинковый; б, в- стерженьковые; г- шайбовый; д- плоский с каналами для охлаждения; е- таблеточный; ж- стерженьковый в защитном корпусе; 1- рабочее тело; 2- выводы.

Рисунок 4.2. Типичные конструкции термисторов.

Достоинствами термисторов является большая чувствительность, надежность, малые габариты, высокое быстродействие.

Недостатки: большой разброс параметров даже в одной партии датчиков, небольшой диапазон измеряемых температур, нелинейность статической характеристики.

Дата добавления: 2015-08-09