Датчики температуры. Устройство, монтаж
Виды датчиков температуры, по типу действия
Терморезистивные термодатчики — основаны на принципе изменения электрического сопротивления (полупроводника или проводника) при изменении температуры. Разработаны они были впервые для океанографических исследований. Основным элементом является терморезистор — элемент изменяющий свое сопротивление в зависимости от температуры окружающей среды.
В зависимости от материалов используемых для производства терморезистивных датчиков различают:
Резистивные детекторы температуры(РДТ). Эти датчики состоят из металла, чаще всего платины. Кремневые резистивные датчики.Преимущества этих датчиков —хорошая линейность и высокая долговременная стабильностью. Также эти датчики могут встраиваться прямо в микроструктуры.
Термисторы. Эти датчики изготавливаются из металл-оксидных соединений. Датчики измеряет только абсолютную температуру.
Полупроводниковые
В качестве термодатчиков могут быть использованы любые диоды или биполярные транзисторы. Достоинства таких датчиков — простота и низкая стоимость, линейность характеристик, маленькая погрешность. Кроме того, эти датчики можно формировать прямо на кремневой подложке. Все это делает полупроводниковые датчики очень востребованными.
Термоэлектрические(термопары)
Они действуют по принципу термоэлектрического эффекта, то есть благодаря тому, что в любом замкнутом контуре возникнет электрический ток, в случае если места спаев отличаются по температуре. Так, один конец термопары (рабочий) погружен в среду, а другой (свободный) – нет.
Термопары из неблагородных металлов – до 1100 °С. Термопары из благородных металлов (платиновая группа) – от 1100 до 1600 градусов. Если необходимо произвести замеры температур свыше этого, используются жаростойкие сплавы (основой служит вольфрам). Как правило используется в комплекте с милливольтметром, а свободный конец (конструктивно выведенный на головку) удален от измеряемой среды с помощью удлиняющего провода. Одним из недостатков термопары является достаточно большая погрешность. Наиболее распространенным способом применения термопар являются электронные термометры.
Пирометры
Бесконтактные датчики, регистрирующие излучение исходящее от нагретых тел.
Различают три вида пирометров:
Флуоресцентные. При измерении температуры посредством флуоресцентных датчиков на поверхность объекта, температуру которого необходимо измерить, наносят фосфорные компоненты. Затем объект подвергают воздействию ультрафиолетового импульсного излучения, в результате которого возникает послеизлучение флуоресцентного слоя, свойства которого зависят от температуры. Это излучение детектируется и анализируется.
Интерферометрические. Интерферометрические датчики температуры основаны на сравнении свойств двух лучей – контрольного и пропущенного через среду, параметры которой меняются в зависимости от температуры. Чувствительным элементом этого типа датчиков чаще всего выступает тонкий кремниевый слой, на коэффициент преломления которого, а, соответственно, и на длину пути луча, влияет температура.
Датчики на основе растворов, меняющих цвет при температурном воздействии. В этом типе датчиков-пирометров применяется хлорид кобальта, раствор которого имеет тепловую связь с объектом, температуру которого необходимо измерить. При изменении температуры меняется величина прошедшего через раствор света.
Акустические
Акустические термодатчики – используются преимущественно для измерения средних и высоких температур. Акустический датчик построен на принципе того, что в зависимости от изменения температуры, меняется скорость распространения звука в газах. Состоит из излучателя и приемника акустических волн (пространственно разнесенных). Излучатель испускает сигнал, который проходит через исследуемую среду, в зависимости от температуры скорость сигнала меняется и приемник после получения сигнала считает эту скорость.
Пьезоэлектрические
В датчиках этого типа главным элементов является кварцевый пьезорезонатор.
Монтаж датчиков температуры на технологических трубопроводах и оборудовании как правило выполняется с помощью бобышек, которые привариваются к трубопроводу или агрегату. Аналогичным образом можно контролировать температуру поверхности технологического агрегата, выбрав бобышку необходимой длины. Способ монтажа датчика температуры зависит от диаметра трубопровода, конструктивных особенностей оборудования места установки, габаритов датчиков температуры. Глубина погружения датчиков температуры зависит от длины его монтажной части, которая определяется как - расстояние от рабочего конца до опорной поверхности штуцера (для датчиков температуры с неподвижным штуцером); - расстояние от рабочего конца до головки (для датчиков температуры с передвижным штуцером или без штуцера). Рекомендуемая глубина погружения не менее 5-10 мм ниже оси трубопровода, по которому движется измеряемая среда. При измерении температур более 400°С рекомендуется устанавливать датчики температуры только вертикально. Если датчики температуры имеют длину более 500 мм и установлены горизонтально или под наклоном рекомендуется предусмотреть дополнительное крепление для ДТ. При горизонтальном или наклонном монтаже ДТ его штуцер необходимо направлять вниз. Если трубопровод на котором устанавливается датчик температуры имеет теплоизоляцию необходимо учесть толщину этой изоляции при выборе длины бобышки и длины наружной части датчика температуры. Наружная часть датчика температуры - расстояние от неподвижного штуцера до головки датчика температуры. Рабочая часть поверхностных датчиков температуры должна плотно прилегать к измеряемой поверхности, при этом рекомендуется зачищать измеряемую поверхность до металлического блеска перед установкой датчиков температуры.
Характерные ошибки при монтаже датчиков температуры:
1. Несоблюдение требуемой глубины погружения. 2.Неправильныйвыборместаустановкидатчиковтемпературы.
3.Замена выбранных приборов на другие типы без согласования с проектной организацией.