2. Сигнализаторы температуры

Сигнализатор температуры – устройство, на выходе которого скачкообразно изменяется выходной сигнал [нормально открытый (нормально закрытый) контакт или напряжение] при достижении заданной задатчиком температуры срабатывания [3].

По числу контролируемых точек сигнализаторы подразделяются на:

• одноточечные;

• многоточечные.

По виду выходного сигнала сигнализаторы подразделяются на:

• сигнализаторы с контактным (релейным) выходом; 'Сигнализаторы с бесконтактным выходом;

• сигнализаторы с цифровым кодовым выходом;

• сигнализаторы с комбинированным выходом (имеющие два или более вила выходных сигналов).

По типу применяемых первичных преобразователей температуры сигнализаторы подразделяются на работающие в комплекте:

• с термопреобразователями сопротивления;

• с преобразователями термоэлектрическими;

• с измерительными преобразователями, имеющими унифицированные выходные сигналы;

• с другими типами первичных преобразователей температуры, например термисторы, полупроводники и др.;

• с термопреобразователями различных типов — комбинированные.

В многоточечных сигнализаторах число контролируемых точек должно устанавливаться в технических условиях па сигнализаторы конкретных типов. Данные о времени срабатывания, потребляемой мощности, наличии вспомогательных устройств, габаритных размерах, массе и других эксплуатационных характеристиках при необходимости указываются в технических условиях на сигнализаторы конкретных типов.

3. Устройство и принцип работы металлических дилатометрических сигнализаторов температуры

Принцип действия дилатометрических и биметаллических термометров основан на различии линейного расширения твердых тел, из которых изготовлены чувствительные элементы этих термометров. Если температурный интервал невелик, то зависимость длины твердого тела от температуры выражается линейным уравнением вида [2]

(1)

где l₀ – длина вещества при фиксированной температуре t₀, м;

t – текущая температура вещества;

β – температурный коэффициент линейного расширения.

Средние значения коэффициента β (1/°С) некоторых материалов в диапазоне температур от 0 до 200°С приведены ниже [1]:

Алюминий 24·10^-6

Железо 12,5·10^-6

Инвар (сплав Fe и Ni) 3,5·10^-6

Латунь 18,5·10^-6

Сталь 17·10^-6

Фарфор 3,5·10^-6

Дилатометрические и биметаллические термодатчики предназначены для сигнализации и регулирования температуры воздуха в помещениях, а также для контроля жидких и газообразных сред (воздуха, воды и т.д.).

Датчики-реле являются не показывающими приборами, а имеют шкалу задания температуры срабатывания контактов.

Схема дилатометрического термометра представлена на рис. 2 [5]. Термометр состоит из трубки 1, изготовленной из металла с большим коэффициентом линейного расширения (меди, латуни, алюминия), и стержня 2 из материала с малым коэффициентом линейного расширения (инвара, фарфора). Один конец трубки крепится неподвижно к корпусу прибора, а к другому жестко прикреплен стержень. Сама трубка помещается в среду, температуру которой измеряют. Изменение температуры среды приводит к изменению длины трубки, а длина стержня остается практически постоянной. Это приводит к перемещению стержня, который с помощью рычага 3 перемещает стрелку по шкале прибора.

1 – трубка; 2 – стержень; 3 – рычаг со стрелкой; 4 – пружина

Рисунок 2 – Схема стержневого дилатометрического термометра

Принцип действия биметаллических термометров основан на различии температурных коэффициентов линейного расширения металлических пластин (например, из инвара и латуни, из инвара и стали), сваренных (спаянных, склепанных) между собой по всей плоскости соприкосновения. Нагревание приводит к деформации такой термобиметаллической пластины; последняя изгибается в сторону металла с меньшим коэффициентом линейного расширения (инвара) (рис. 3) [6].

Из-за небольшой разницы теплового расширения внешней и внутренней трубок, длины их должны быть достаточно большими (300 мм).

1 – биметаллическая пластина, 2 – измерительный рычаг, 3 – рабочие контакты сигнальной электрической цепи

Рисунок 3 – Биметаллический термометр сигнализации температуры

Кроме показывающих, промышленность выпускает бесшкальные биметаллические термометры, использующиеся в основном в качестве электрических преобразователей или температурных реле для позиционного регулирования и сигнализации. Диапазон измерения температуры биметаллическими термометрами от -150 до +700 °С, погрешность 1 - 1,5 %.

Из-за нестабильности коэффициента β дилатометрические термометры не получили широкого распространения. Их применяют в качестве чувствительных элементов сигнализаторов температуры, а иногда для компенсации влияния температуры окружающей среды на показания приборов, в которые их встраивают.

Таким образом, в дилатометрических термометрах тепловое расширение твердых тел преобразуется в перемещение стрелки, показывающей на шкале измеряемую температуру. Однако коэффициент линейного расширения твердых тел меньше, чем жидкостей. Точность измерения у дилатометрических термометров ниже, кроме того, конструктивно они сложнее, чем жидкостные.