6.2 Первичные приборы систем автоматического регулирования

К первичным приборам систем автоматического регулирования относятся датчики. Датчики – устройства, обеспечивающие восприятие и преобразование входной величины в выходной сигнал, удобный для усиления передачи на расстояние. Измерение температуры при термической обработки осуществляют двумя способами - контактным и бесконтактным. Для контактного способа измерения температур в качестве датчиков используют термопары и термометры сопротивления. При бесконтактном способе датчиками являются телескопы радиационных или фотоэлектрических пирометров.

Термопары и термометры сопротивления применяют для контроля и регулирования температуры с помощью широко распространенных вторичных приборов типа потенциометров, милливольтметров, мостов и т.п., а также приборов ГСП, измеряющих унифицированный электрический сигнал.

Термопары представляют собой замкнутую цепь из двух разнообразных электродов (проводников или полупроводников) со спаянными концами. Если концы электродов (спаи) будут иметь разные температуры, то в замкнутой цепи (термопаре) возникнет термоэлектродвижущая сила (ТЭДС), величина которой зависит от разности температур концов цепи (горячего и холодного спаев) и природы материалов, образующих данную цепь (термопару). Зная температуру холодного спая и температурную зависимость величины ТЭДС для материалов, составляющих цепь термопары, можно определить температуру горячего спая (температуру измеряемого объекта).

Для измерения температуры в пределах от -50 до 2500°С применяют термопары с металлическими и неметаллическими электродами. Промышленностью выпускаются следующие термопары:

1. платинородий – платина, условное обозначение градуировки ПП, Т_max= 1300ºС

2. хромель – алюмель, условное обозначение градуировки ХА , Т_max = 1100ºС;

3. хромель – копель, условное обозначение градуировки ХК , Т_max = 800ºС;

4. железо – копель, условное обозначение градуировки ЖК , Т_max = 800ºС;

Наиболее широкое применение в термических цехах нашли термопары типа ТХА, срок службы которых составляет около 1000 ч при температуре 1000°С в атмосфере воздуха. Для повышения срока службы термопар с градуировкой ХА разработан новый состав сплавов повышенной жаростойкости: для положительного электрода - Ni + 9% Сu + 0,9% Si (сплав сильх) и отрицательного - Ni + 2,4% Si (сплав силин). Во избежание неправильных показаний свободные концы термопары должны находиться при постоянно низкой температуре, соответствующей градуировочной температуре термопары. Для этого к свободным концам термопары присоединяют так называемые компенсационные провода, которые как бы удлиняют термопару и переносят её свободные концы на некоторое расстояние от печи, где температура приближается к температуре градуировки прибора.

Принцип действия манометрических термометров связан с использованием зависимости между температурой и давлением газа или паров низкокипящих жидкостей в замкнутой системе. Аналогично работают жидкостные манометрические термометры, у которых изменяется объем жидкости в системе при изменении температуры.

Манометрический термометр состоит из термобаллона, капилляра и пружинного манометра, измеряющего давление в системе.

Манометрические термометры изготавливают как показывающие, так и самопишущие, их также снабжают дополнительными пневматическими и электрическими устройствами. Самопишущие термометры выпускаются с дисковой и ленточной диаграммной бумагой. Привод диаграммной бумаги осуществляется синхронным двигателем или часовым механизмом.

Основные преимущества манометрических термометров — простота, виброустойчивость и взрывобезопасность при отсутствии электрических контактов и приспособлений. К недостаткам относятся повышенная инерционность и трудность восстановительного ремонта при поломке капилляра.

Принцип действия термопреобразователей сопротивления (термометров сопротивления - ТС) основан на свойстве проводников и полупроводников изменять свое электрическое сопротивление при изменении температуры.

Термометры сопротивления бывают двух типов: металлические и полупроводниковые. Из металлических термометров сопротивления наибольшее распространение получили платиновые и медные.

Также применяются полупроводниковые термометры сопротивления (ПТС) или термисторы. Они представляют собой объемные нелинейные резисторы различной формы (цилиндрические, каплевидные, шаровидные). Точность показаний температур с помощью термисторов примерно в 100 раз больше, чем при измерении термометром или термопарой.

Средство измерения, предназначенное для бесконтактного измерения температуры вещества по его тепловому излучению и преобразования ее в сигнал температурной информации в форме, удобной для непосредственного восприятия наблюдателем, называется пирометром.

Методы измерения температур, использующие различные свойства теплового излучения тел, основаны на законах излучения абсолютно черного тела. По степени поглощения лучистой энергии все реальные тела отличаются от абсолютно черного тела и имеют коэффициенты поглощения меньше единицы.

Температуры реальных тел, измеренные по их тепловому излучению, называют условными или кажущимися и подразделяют на яркостную, радиационную и цветовую температуры.