Биметаллические термометры

Биметаллические термометры бывают или пластинчатыми или в виде пружины. Первые обычно служат датчиками – сигнализаторами достижения нужной температуры.

Принцип действия – различные коэффициенты линейного расширения у разных металлов. Если соединить между собой две пластинки из разных металлов, то при нагреве они изогнутся в одну сторону, а при охлаждении – в другую. На этом принципе основана работа биметаллических термометров (рисунок 4) и датчиков (рисунок 5)

Рис. 4. Схема биметаллического термометра

Рис. 5. Схема биметаллического датчика

Манометрические термометры

Они используют принцип: при повышении температуры в замкнутом объеме жидкости или газа давление газа возрастает. Измеряемая температура обычно лежит в диапазоне от -200 до +300 ⁰C. Жидкость или газ подбираются с учетом рабочего диапазона. Удобство этого метода в том, что капилляр можно сделать очень тонким, но очень длинным (до 150 метров). То есть этот метод пригоден для дистанционных измерений.

Рис. 6. Схема манометрического термометра

Пирометры

Среди пирометрических приборов для измерения температуры наиболее надежным и распространенным, используемым в технологических процессах изготовления деталей самолета, сборки, монтажа и испытаний, является термоэлектрический термометр (термопара).

Принцип его действия основан на термоэлектрических явлениях, в результате которых в электрической цепи, состоящей из двух разнородных проводников, возникает термоЭДС, зависящая от температур мест соединений этих проводников. Для измерения температуры одно из мест соединения разнородных проводников помещается в измеряемую среду (рабочие концы), а другое место соединения (свободные концы) должно иметь известное значение температуры или находиться при стабильной, заранее известной температуре. ТермоЭДС термоэлектрического термометра не изменится, если в его цепь будет включен третий проводник или измерительный прибор, и температура мест его подсоединения будет одинаковой. Измерительный прибор (или третий проводник) может включаться или в свободные концы, или (реже) в термоэлектрод.

Свободные концы термоэлектрического термометра должны быть расположены в месте, где удобно стабилизировать температуру или производить ее измерение. Для удлинения термометра, без искажения его термоЭДС, применяют удлиняющие (компенсационные) провода, которые подсоединяют к термоэлектродам, тем самым позволяя перенести свободные концы в удобное место.

Градуировочные характеристики термоэлектрических термометров составляют, как правило, для температуры свободных концов 0°С. Если температура свободных концов не равна 0° С, то следует вводить поправку в термоЭДС, развиваемую термоэлектрическим термометром:

E(t, 0) = E(t, t₀) + E(t₀, 0),

где E(t, 0), E(t, t₀) - термоЭДС, которые должны развивать термометр, при температуре рабочего конца t и температуре свободных концов 0° С (градуировочное значение) и to соответственно; E(t_Q, 0) —поправка к значению термоЭДС термометра для приведения его показаний к градуировочным значениям, численно равная термоЭДС, развиваемой термометром, когда его рабочий конец имеет температуру t₀, а свободные концы 0° С.

Рис. 7. Схема измерений термопарой

Метод основан на эффекте Пельтье, т. е. при создании разности температур на спае и свободных концах разнородных металлических проводников на свободных концах проводников появится ЭДС, величина которой зависит от разности температур.

К сожалению, эта зависимость нелинейна (рисунок 8) и различна для различных пар металлов. Это несколько усложняет методику использования термопар.

Рис. 8. Нелинейность характеристики термопары

Требования к термопарному материалу:

1. желательно, чтобы величина ЭДС на концах термопары была большой;

2. желательно, чтобы этот сигнал как можно меньше зависел от колебаний марочного состава;

3. недопустима неоднозначность показаний;

4. желательна линейная характеристика.

Выводные провода обычно изготавливают медными, т. к. клеммы электроизмерительных приборов термоэлектрически нейтральны к меди, и, следовательно, на них не будет наводиться паразитная ЭДС, даже если клеммы будут иметь различную температуру.

Рис. 9. Неоднозначность характеристики термопары

“вольфрам – рений” и диапазон ее использования

Кроме того, спаи термопарных проводов с медными (выводными, или компенсационными) проводами обычно помещают в термостатированную зону, чтобы легче было вычислить температуру рабочего спая. Поэтому схема измерений выглядит так:

Рис. 10. Схема измерений термопарой