Термодатчики делятся на термопары и термосопротивления. Термопары являются датчиками температуры генераторного типа. Они преобразуют тепловую энергию в э.д.с. Термосопротивления преобразуют изменения температуры в изменение сопротивления.
Термопара состоит из двух разнородных проводников, концы которых спаяны между собой. При различной температуре точек соединения в цепи термопары появляется термо-э.д.с., тем большая, чем больше разность температур ее концов.
Проводники, из которых составляется термопара, называются термоэлектродами. Термоэлектроды изготовляются из металлов и их сплавов. Металлы: медь, железо, никель, платина. Сплавы: хромель (90% никеля и 10% хрома), алюмель (95% никеля, остальное — алюминий, кремний и магний), копель (43,5% никеля и 56,5% меди), нихром и др.
Термоэлектроды можно разделить на термоположительные и термоотрицательные.
Термоположительным называется термоэлектрод, на котором при нагревании в соединении его с химически чистой платиной, образуется положительный потенциал по отношению к платине.
Термоотрицательным называется термоэлектрод, на котором при тех же условиях образуется отрицательный потенциал по отношению к платине. Например, при соединении меди с платиной при температуре рабочего конца — 100°С и свободного конца /2==0°С на меди образуется по отношению к платине потенциал Е м..п = = +0,76лш. Присоединении константанас платиной при тех же температурах на константа не образуется по отношению к платине потенциал £к.п =—3,4 мв. С целью получения максимального значения термо-э.д.с. обычно соединяют положительный и отрицательный термоэлектроды. Например, при соединении меди и константана при указанных выше температурах потенциал на меди по отношению к константану определяется как Ем.к = = Ь м.п —Ен.и =-+0,76—(—3,4) =+4,16 мв.
При использовании термопары в качестве датчика ее предварительно градуируют, т. е. определяют зависимость э. д. с. от температуры рабочего конца при определенной температуре свободного конца, обычно равной 0 или 20°С. При эксплуатации термопары температура свободного конца должна поддерживаться строго постоянной, равной градуировочной.
Для сравнительной оценки различных термопар ниже приводятся значения их термо-э.д.с. на 1°С.
Термопара Термо-э.д е., мв/град
Хромель — алюмель 420
Хромель—-копель 620
Железо — константан 53
Манганин — константан 50
Никель — железо 34
Серебро — платина 12
Медь — манганин 1,5
Термосопротивлениями называются сопротивления, выполненные из металлов или полупроводников, свойства которых зависят от температуры.
Металлические термосопротивления изготовляются из чистых металлов: меди, железа, никеля и платины. Используются они для измерения температуры от — 120°С и ниже до +500°С. Эти приборы называются также проволочные термометры сопротивления и представляют собой намотанный на каркас из слюды, кварца или фарфора тонкий металлический провод диаметром 0,04—0,08 мм. Каркас заключен в защитный металлический чехол.
Проволочные термосопротивления включаются в плечи сбалансированного моста. При изменении температуры, воздействующей на датчик, изменяется его сопротивление, нарушается балансировка моста и срабатывает специальное устройство, показывающее или сигнализирующее изменение температуры.
Полупроводниковые термосопротивления, называемые термисторами, изготовляются обычно из окислов металлов (окиси меди, никеля, марганца, кобальта, магния, титана, урана и т. д.). Окиси в порошкообразном виде спрессовываются или спекаются. Сопротивление полупроводников в отличие от металлов уменьшается при увеличении температуры, т. е. они имеют отрицательный температурный коэффициент электросопротивления.
Чувствительность полупроводниковых термосопротивлений к изменению температуры значительно выше, чем металлических. Сопротивления меди и платины при нагреве от 0 до 100°С возрастают приблизительно на 40%, а сопротивление полупроводника уменьшается и 20—25 раз и более. Полупроводниковые термосопротии- ления имеют при температуре 20°С сопротивление от сотен ом до сотен тысяч ом. Они могут работать при температурах от — 100°С и ниже до +400°С и выше.
Промышленностью выпускаются различные типы термосопротивлений, предназначенных для измерения и регулирования температур (таблица 39).
Прежде чем приступить к практическим занятиям по данной теме, руководителю необходимо так спланировать работу, чтобы члены кружка как можно больше времени уделили именно практике, так как в этом случае материал темы будет усвоен ими наиболее полно. Тематика практических работ предполагает постройку приборов с применением термодатчиков. К ним относятся различные конструкции электронных термометров, термосигнализаторов, автоматов для поддержания заданной температуры в аквариуме, холодильнике, термостате и т. д.
Таблица 39 Термосопротивления для измерения и регулирования температур
|
В качестве источников схем рекомендуется воспользоваться следующими материалами.
- «Радио», № 1, 1968. Медицинский транзисторный термометр, стр. 51. Прибор позволяет не более, чем за 5 сек. измерить температуру пациента с погрешностью ±0,05°С.
- «Радио», № 1, 1970. Электронный термометр, стр. 59. Схема прибора построена на основе симметричного мультивибратора.
- «Радио», № 10, 1970. Простые терморегуляторы стр. 59. Приведены схемы двух терморегуляторов, имеющих столь малые размеры, что их можно целиком поместить внутри отсека, температуру которого нужно поддерживать постоянной.
- «Радио», № 2, 1971. Терморегулятор, стр. 53. Устройство позволяет поддерживать определенную температуру с точностью до ±0,5°С.
- «Моделист-конструктор», № 7, 1970. «Вдох—выдох». Устройство предназначено для передачи на расстояние данных о частоте дыхания человека.
- «Моделист-конструктор», № 8, 1971. Регулятор для аквариума, стр. 47. Электронный регулятор позволяет поддерживать постоянную температуру в аквариуме объемом до 70 л.
- В. Г. Борисов, Ю. М. Отряшенков Юный радиолюбитель. М.—Л., «Энергия», 1966. Автоматика аквариума, стр. 447.