Вопрос 36

Термические и термохимические датчики. Калориметрия.

Ответ:

Термические датчики состоят из двух термисторов с отрицательным температурным коэффициентом, включенных в мостовую схему. При этом один из них находится в герметичной стеклянной оболочке, внутри которой находится азот. Другой же датчик открыт для влияния окружающей среды. При пропускании тока через термисторы их температура доходит до 200 градусов. Тепло, рассеиваемое закрытым термистором будет больше, чем у открытого из-за разницы в термической проводимости водяного пара по сравнению с сухим азотом. Поэтому рабочие температуры обоих термисторов окажутся различными, что приводит к разнице в их сопротивлениях и разбалансу моста. Термические датчики влажности могут работать при температурах до 300 градусов. Они нечувствительны к химическим парам, так как покрыты инертными материалами. Также следует отметить, что точность термических датчиков влажности зависит от температуры окружающей среды. Калибровка термических датчиков производится помещением открытого термистора в сухой воздух, или азот и балансировкой моста.

Термохимические датчики, основанные на измерении теплового эффекта реакции каталитического окисления газа, применяют для определения концентраций горючих газов. Они состоят из миниатюрного чувствительного элемента, иногда называемого также «шариком», «пеллистором» (или «сигистором». Последние два являются зарегистрированными торговыми марками серийных устройств. Они изготовлены из электроподогреваемой катушки с платиновой проволокой, на которую сначала нанесена керамическая подложка, например, оксид алюминия, а затем кроющая наружная оболочка из палладиевого или родиевого катализатора, распыленного на подложку из окиси тория.

Действие этого типа датчика основано на том, что при прохождении газо-воздушной смеси на поверхности катализатора возникает горение и выделяющееся тепло повышает температуру шарика. Вызванное зтим увеличение сопротивления платиновой катушки регистрируется мостовой схемой, второе плечо которой не имеет оболочки - катализатора. При малых концентрациях изменение сопротивления находится в прямой зависимости от концентрации газа в окружающей среде. Типичное напряжение на датчике- несколько вольт, ток 0,1-0,3 ампера. Значение Т90 для каталитических датчиков обычно составляет 20 - 30 секунд.

Калориметрия — это совокупность методов измерения количества теплоты, выделяющейся или поглощаемой при протекании различных физических или химических процессов. Методы калориметрии применяют при определении теплоемкости, тепловых эффектов химических реакций, растворении, смачивании, адсорбции, радиоактивного распада и др. Методы калориметрии также широко применяют в промышленности для определения теплотворной способности топлива.

Для определения количества теплоты используют специальные приборы - калориметры. Совокупность частей калориметра, между которыми распределяется измеряемое количество теплоты, называется калориметрической системой. Она включает в себя калориметрический сосуд, в котором протекает изучаемый процесс, инструмент для измерения температуры (ртутный термометр, термометр сопротивления, термопара или термобатарея, терморезистор, кварцевый термометр и др.; при температурах выше 1300 К используют оптические пирометры), электрический нагреватель и др. Калориметрическую систему защищают экранами или оболочками, предназначенными для регулирования ее теплообмена с окружающей средой. Оболочки могут быть изотермическими или адиабатическими. Разность температур калориметрической системы и оболочки контролируют простыми и дифференциальными термопарами и термобатареями, терморезисторами и т.д. Температуру оболочки, снабженную электрическим нагревателем, регулируют автоматически с помощью электронных устройств.