Биметаллические чувствительные элементы

Основу устройства элемента образует так называемая биметаллическая пластинка, которая, как это следует из ее названия, представляет собой пластинку из двух разнородных металлов («би» – означает два), сваренных между собой вдоль всей длины пластинки (рис.6). Один слой пластинки выполнен из металла, имеющего большой коэффициент теплового линейного расширения, второй — из металла, обладающего малым коэффициен­том линейного расширения. Один конец пластины жестко закреплен, второй – свободный, в результате чего он может совершать перемещения при деформации пластины.

 

Принцип действия биметаллических элементов основан на использова­нии неодинаковости коэффициентов линейного расширения раз­личных материалов при их нагревании.

При нагревании указанной пластинки один слой увеличивает свои размеры больше, чем второй. Металлу с большим коэффициентом теплового расширения не позволяет линейно расширяться сварной шов, связывающий его с мало расширяющимся металлом. В ре­зультате пластинка прогибается таким образом, что металл с большим коэффициентом расширения располагается по внешней части образующейся дуги, длина которой больше. Пластинка, изгибаясь, замыкает или размыкает контакты некоторой электрической цепи.

На основе биметаллических элементов построены тепло­вые автоматы защиты электрической сети. Такие авто­маты отключают те участки сети, в которых токи превышают допустимые значения вследствие, например, коротких замыканий. При этом увеличенный ток сети (ток короткого замыкания), протекая по автомату защиты, сам является источником тепла, за счет которого сраба­тывает автомат защиты.

 

Термометры термоэлектрические - от —50 до +1800 °С - представляют собой чувствительные элементы в виде двух проводов из разнородных металлов или полупроводников со спаянными концами. Действие термоэлектрического преобразователя основано на эффекте Зеебека - появлении термо ЭДС в контуре, составленном из двух разнородных проводников, спаи которых нагреты до различных температур. При поддержании температуры одного из спаев постоянной можно по значению термо ЭДС судить о температуре другого спая. Спай, температура которого должна быть постоянной, принято называть холодным, а спай, непосредственно соприкасающийся с измеряемой средой - горячим.

Наибольшее распространение в устройствах автоматики получили термопары из так называемых неблагородных металлов. Они характеризуются дешевизной и сравнительно большими значениями тер­мо ЭДС.

Материалом для эле­ктродов таких термопар служат специально раз­работанные сплавы:

хромель (89% ни­келя, 9,8% хрома, 1% железа, 0,2% мар­ганца);

алюмель (94% никеля, 2,5% марганца, 2% алюминия, 1% кремния, 0,5% железа);

копель (55% меди, 45% никеля).

Хромель-алюмелевые термопары применяют для измерения темпера­тур в пределах от —50 до 1000°С. Они способны работать в окис­лительной среде, поскольку образуемая при нагреве тонкая за­щитная пленка препятствует проникновению кислорода внутрь металла. Зависимость термоЭДС от температуры для термопар ТХА близка к линейной.

Хромель-копелевые термопары имеют самую высокую чувствительность: 6,95 мВ на 100°С. Однако диа­пазон измеряемых температур (от —50 до 600°С) несколько ниже, чем у термопар типа ТХА. Несколько хуже у термопар типа ТХК и линейность характеристики. Их достоинством является более высокая влагостойкость.

Достоинства:

* ТП имеют очень широкий диапазон измерения температур - от -200 до 2200 (кратковременно до 2500) °С;

* ТП могут измерять температуру в точке объекта или измеряемой среды, имеют малые габаритные размеры - от 0,5 мм (большие D чехлов определяются требованиями механической и термической прочности).

* ТП отличаются достаточно высокой точностью и стабильностью характеристик преобразования, хотя они и уступают немного по этим показателям ТСМ(П).

 

К числу недостатков следует отнести необходимость применения специальных термо- электродных проводов для подключения преобразователей к прибору и необходимость стабилизации или автоматического введения поправки на температуру свободных концов.