Файл: Электрооборудование и автоматизация сельскохозяйственных агрегатов и установок учеб. пособие.pdf

ф

Рис. 18. Фотоэлементы и их характеристики:

тивлении jRh. Чем больше R lit тем менее линейна световая характери­ стика.

Ф о т о с о п р о т и в л е н и я (рис. 18, д) состоят из тонкого слоя 1 селена или сернистого таллия, нанесенного на решетку 2 из проводников. Электропроводность элемента изменяется при измене­ нии освещенности решетки со светочувствительным слоем. Зависи­ мость фототока / от светового потока Ф, падающего на освещенную поверхность фотосопротивления при постоянном напряжении пита­ ния Uф, показана на рис. 18, е. Эта характеристика нелинейна, что является существенным недостатком фотосопротивлений.

Достоинством фотоэлементов являются простота их устройства, малые габариты, большая чувствительность и малая инерционность. К недостаткам фотоэлементов относится малая величина фототока, что требует применения усилителей; исключение составляют вентиль­ ные фотоэлементы. Фотоэлементы и фотосопротивления находят широ­ кое применение в системах автоматики сельскохозяйственного про­ изводства: для автоматического отключения уличного освещения, как датчики освещенности в теплицах, для измерения температуры нагретых тел (фотоэлектрический пирометр), для определения про­ зрачности жидкости или газов, для подсчета изделий, проходящих по конвейеру, для определения состояния поверхности объекта, для контроля пламени в топках и т. д.

Широкое применение в технике находят фотоэлектронные умножи­ тели, которые позволяют получить фототок большей величины, а сле­ довательно, более высокую чувствительность.

2.8. ДАТЧИКИ ТЕМПЕРАТУРЫ

Измерение температуры нагретого тела или какой-либо среды можно производить различными приборами, которые выполняют роль датчиков температуры в системах автоматики.

Широкое применение в практике находят контактные термометры, термометры сопротивления, термопары, полупроводниковые термо­ сопротивления, термостаты, биметаллические терморегуляторы и др. В датчиках температуры используются различные свойства веществ или материалов, изменяющиеся при изменении температуры: линейное или объемное расширение, коэффициент температурного сопротивления,

с капилляром, заполненная ртутью. В ампулу впаиваются два кон­ такта: один из них впаян в капилляр снизу и соединен со столбиком ртути (рис. 19, а), второй (подвижный контакт) расположен сверху и мо­ жет перемещаться в капилляре при помощи магнитной головки, рас­ положенной над термометром (на рисунке не показана). При вращении головки подвижный контакт будет вращаться и перемещаться вверх или вниз. О положении подвижного контакта в капилляре судят по указателю на вспомогательной шкале прибора, каждому положению

45

подвижного контакта соответствует определенная величина сопро­ тивления. Контактный термометр является датчиком двухпозицион­ ного действия, пределы регулирования температуры от —30 до +100 °С и выше. В схемах автоматики контактные термометры применяются, как правило, с промежуточными реле, так как разрывная мощность контактов термометра составляет 2 Вт при силе тока 0,2 А.

Рис. 19. Датчики температуры:

а — контактный термометр; б — манометрический; в — биметаллический; г — тер­ мопара; д — температурная характеристика термосопротивления.

Манометрические термометры. Принцип действия этих приборов основан на изменении давления газа или насыщенного пара низкокипя­ щей жидкости в замкнутой системе при изменении температуры. За­ мкнутая система (рис. 19, б) состоит из баллона 1, погружаемого в из­ меряемую среду, соединительного капилляра 2 и манометра 3, соеди­ ненного через систему рычагов со стрелкой 4 измерительной шкалы 5. При достижении стрелкой предельных отклонений температуры про­ изойдет замыкание контактов 6, и в системе автоматики появится регу­ лирующий сигнал.

Датчики манометрического типа позволяют осуществлять визуаль­ ный контроль за температурой, причем шкала датчика может быть уда­

46

лена от контролируемого объекта на значительное расстояние (длина капилляра может быть до 40 м). Жидкостные манометрические датчики заполняются ртутью, ацетоном, эфиром, спиртом и их соединениями, а газовые — азотом и инертными газами.

Погрешность измерения датчиков составляет 1—2,5%, пределы из­ мерения ограничиваются температурами замерзания и кипения рабо­ чей жидкости. Недостатками таких датчиков являются значительная инерционность и повышенная чувствительность к вибрации и толчкам, которые вызывают размыкание контактов и «дергание» всей системы автоматики. Вследствие большой мощности контактов манометри­ ческие датчики можно применять в схемах автоматики без проме­ жуточных реле для управления магнитными пускателями исполни­ тельных механизмов.

Б им еталлические д а тч и ки . Измерительным органом этих датчиков является спай из двух полосок металлов с различными температур­ ными коэффициентами расширения. При изменении температуры из­ мерительный элемент деформируется, изгибается, причем степень де­ формации пропорциональна температуре. Изгиб пластинки происхо­ дит в сторону металла с меньшим температурным коэффициентом рас­ ширения. На рис. 19, в показан биметаллический датчик, у которого деформация биметаллической пластинки используется для освобожде­ ния пружины, воздействующей на размыкание или замыкание кон­ тактов. Пружина применяется для резкого замыкания и размыкания контактов. Она отсутствует в простейшем биметаллическом датчике, что приводит к «дерганию» системы автоматики.

В биметаллических датчиках температуры ДТКМ с пределами регу­ лирования от —30 до +50 °С и разрывной мощностью контактов 50 Вт для резкого включения контактов применяются постоянные магниты, которые резко притягивают пластинку после того, как при определен­ ной температуре она сдеформируется на определенную величину.

Возможные пределы рабочих температур для биметаллических дат­

тивления основан на использовании свойств металлических провод­ ников менять свое сопротивление при изменении температуры. Наи­ большее распространение получили термометры с платиновыми и мед­ ными преобразователями.

Платиновые термометры сопротивления применяются для измере­ ния температур от —183 до +500 °С, а медные — не выше 100 150 °С, так как при более высоких температурах медь заметно окисляется.

В платиновых термометрах сопротивления применяется проволока без изоляции, наматываемая на каркас из слюдяных пластин; в медных используется проволока, изолированная эмалью или шелком, которая наматывается на каркас из пластмассы или керамики.

Пластина с намотанной на нее проволокой зажимается между двумя более широкими пластинами (из того же материала), которые служат для изоляции проволоки от арматуры. Весь пакет из пластин

47

вставляется в алюминиевую трубку (чехол), защищающую обмотку от механических повреждений.

Величина сопротивления проволоки термометра зависит от темпе­ ратуры окружающей среды и определяется по формуле:

Термометры сопротивления работают при малых токовых нагруз­ ках, чтобы тепло, выделяемое при протекании тока по проволоке термо­ метра, было возможно малым по сравнению с теплом, получаемым от среды с измеряемой температурой.

Поскольку интенсивность расхода тепла при этом зависит от многих факторов (геометрических размеров и формы проводника и арматуры, к которой кренится проводник, состава, плотности, теплопроводности окружающей среды, скорости перемещения и т. п.), термометры сопро­ тивления могут применяться и для измерения других величин — ско­ рости, плотности и состава газовой или жидкой среды.

Полупроводниковые термосопротивления. Полупроводниковые тер­ мосопротивления, или терморезисторы (ПТР), имеющие температурный коэффициент в 8—10 раз больший, чем у металлов, в последнее время получили широкое распространение в системах автоматики регулиро­ вания температуры.

Основной характеристикой терморезисторов является их темпера-• турная характеристика, выражающая зависимость сопротивления от температуры. Эта зависимость в рабочем диапазоне температур опре­ деляется соотношением

в

(2-23)

R, = Ае т,

где Rt — сопротивление при измеряемой температуре;

Т— температура, К;

Аи В — коэффициенты, постоянные для данного сопротивления. Значение коэффициентов А и В можно определить из следующих

выражений:

48

В качестве R(l используется обычно сопротивление терморезистора при 20 °С (Д20), которое называется нормальным сопротивлением. В качестве R^ удобно взять сопротивление, соответствующее 100°С (Rm). В этом случае выражение (2-24) приводится к виду:

значительны, что обеспечивает высокую точность измерения небольших отклонений температуры.

Температурная характеристика полупроводникового термосопро­ тивления приведена на рис. 19, д. Промышленность выпускает десятки типов термосопротивлений, предназначенных для использования в раз­ личных целях. Для регулирования и измерения температуры в преде­ лах от —70 до 4-120 °С могут использоваться медно-марганцевые (ММТ) и кобальто-марганцевые (КМТ) терморезисторы.

При использовании полупроводниковых термосопротивлений, как и при использовании термометров сопротивления, в качестве измери­ тельных схем пользуются мостовыми измерительными схемами.

Термоэлектрические термометры — термопары. Принцип действия термоэлектрических термометров (рис. 19, г) основан на том, что при нагреве одной из точек соединения двух различных металлов в их цепи появляется термо-э. д. с., определяемая разностью температур двух мест соединения проводников,

Горячий спай термопары 1 помещается в среду, температура кото­ рой измеряется, холодный спай 2 (свободные концы термопары) — в среду с постоянной температурой, равной нулю (например, в таю­ щий лед). Термо-э. д. с. будет однозначно зависеть от температуры горячего спая, т. е. температуры измеряемой среды. Шкала прибора, измеряющего термо-э. д. с., градуируется непосредственно в гра­ дусах.

Для измерения температур наибольшее распространение получили термопары: хромель-копелевые и хромель-алюмелевые. Находят при­ менение термопары на константановой основе: медь-константан, железоконстантан и нихром-копстантан.

49