Введение в термопреобразователи
Для точного измерения температуры в различных условиях, включая фотографические процессы и промышленные системы, специалисты применяют целый ряд устройств. К ним относятся термопреобразователи сопротивления, термоэлектрические преобразователи (термопары), термометры расширения, а также манометрические термометры. В дистанционных системах сбора данных эти первичные датчики часто работают в паре со вторичными приборами, такими как автоматические мосты, потенциометры и логометры, которые регистрируют и обрабатывают сигналы.
Устройство и принцип действия термопреобразователей сопротивления
Сердцем такого преобразователя является чувствительный элемент. В классических жидкостных термометрах расширения это баллон с жидкостью, которая, нагреваясь, расширяется и поднимается по капилляру, указывая на температуру. В современных электронных системах чаще используют термопреобразователи сопротивления (ТС). Их принцип работы основан на фундаментальном свойстве металлов: изменять свое электрическое сопротивление при изменении температуры. Это позволяет измерять высокие температуры и передавать данные на большие расстояния.
Чувствительный элемент ТС обычно изготавливается из высокочистой платиновой или медной проволоки, намотанной на каркас. Размеры каркаса варьируются от 60 до 100 мм. Вся эта конструкция помещается в прочный корпус из нержавеющей стали, который защищает элемент от воздействия среды. Для монтажа на трубопроводах или в аппаратах преобразователь вставляется в специальное гнездо и фиксируется штуцером. Существует широкий типоразмерный ряд: монтажная длина может достигать 3150 мм, а диаметр защитной арматуры — 300 мм.
Характеристики и области применения
Статические характеристики термопреобразователей стандартизированы и выражают зависимость сопротивления от температуры. Они маркируются, например, как 100П или 50М, где число означает номинальное сопротивление, а буква — материал (П — платина, М — медь). Точность измерений определяется классом, обозначаемым римскими цифрами.
Области применения зависят от материала чувствительного элемента:
- Платиновые ТС используются в широком диапазоне от -260°C до +1100°C.
- Медные ТС применяются для менее экстремальных условий, от -200°C до +200°C.
Однако для сверхвысоких температур (до 1800°C) более популярны термоэлектрические преобразователи (термопары).
Термоэлектрические преобразователи (термопары)
Конструктивно термопара похожа на ТС: чувствительный элемент (спай двух разнородных термоэлектродов) помещен в защитный корпус. Ключевая особенность и сложность применения термопар — необходимость стабилизации температуры их «холодных» концов (свободных концов термоэлектродов). Если температура этих концов меняется, это вносит погрешность в измерение, даже если температура измеряемой среды («горячего» спая) постоянна.
Для компенсации этого эффекта используют специальные компенсационные провода, которые подбираются для каждого типа термопары. Они образуют встречно включенные термопары, нивелируя влияние температуры окружающей среды на холодные концы. Современные вторичные приборы часто имеют встроенные устройства, автоматически вносящие поправки на температуру свободных концов.
Манометрические термометры
Эти приборы находят применение для локального измерения температуры, например, в зонах технологических аппаратов. Их работа основана на законе Шарля: зависимость давления газа или жидкости от температуры при постоянном объеме. Система состоит из термобаллона, погружаемого в среду, капилляра и манометра с пружиной.
При нагреве термобаллона давление в замкнутой системе возрастает. Это давление по капилляру передается на измерительную пружину манометра. Пружина раскручивается, и через механическую передачу (тягу, трибко-секторный механизм) это движение преобразуется в перемещение стрелки по шкале, отградуированной в градусах температуры.
Заключение
Таким образом, современные системы измерения температуры предлагают разнообразные решения — от простых термометров расширения до сложных дистанционных систем с термопреобразователями сопротивления и термопарами. Понимание устройства, принципа работы и особенностей применения каждого типа преобразователя является ключом к точному и надежному контролю температурных режимов в любой отрасли, включая фототехнологии. Надеемся, этот обзор был для вас полезен. Для более глубокого изучения рекомендуем также ознакомиться с материалами по обустройству правильного заземления и уличным розеткам, которые важны для безопасной эксплуатации электрооборудования.