В биметаллических датчиках используется свойство материала, состоящего из двух прочно соединенных слоев разнородных металлов или сплавов, изменять свою длину под воздействием температуры. В датчиках этого типа элементы изготовлены в виде пластинок, стержней и трубок. Один элемент выполнен из материала с высоким коэффициентом линейного расширения а, второй — из материала с очень малым коэффициентом < х.
В качестве материала с большим коэффициентом линейного расширения применяют медь, латунь и сталь. Для изготовления другого элемента используется инвар (ферромагнитный сплав железа с 36 % никеля с очень малым коэффициентом линейного расширения) или суперинвар. Коэффициент линейного расширения инвара в 5 раз меньше к меди и в 2 раза меньше стали.
Принцип действия таких датчиков основан на измерении изменений размеров элементов, вызванных воздействием теплоты. Схема биметаллического измерителя температуры приведена на рис. 15,а. Чувствительный элемент выполнен из пластинок, соединенных спайкой или обжатием в горячем состоянии. Биметаллическому элементу для уменьшения размеров и увеличения чувствительности придают форму плоской или цилиндрической спирали (рис. 15, б, в). Из каких основных элементов состоит дилатометрический датчик (дилатометр)?
Разновидностью биметаллического датчика является дилатометр (рис. 15,г). Он состоит из трубки /, выполненной из материала с большим коэффициентом линейного расширения, и стержня 2, изготовленного из материала с малым коэффициентом линейного расширения. Для изготовления элементов дилатометра используются те же материалы, что и для биметаллического датчика. Иногда стержень выполняют из кварца.
Дилатометры отличаются надежностью. Их применяют для измерения температуры жидкостей (до 500 °С).
Какое устройство можно привести в качестве примера датчика температуры дилатометрического типа?
Таким примером может быть унифицированный дилатометрический термометр с электрическим
выходным сигналом типа ТУДЭ (рис. 16). Прибор предназначен для сигнализации и двухпозиционного регулирования температуры газов и жидкостей. Модификации ТУДЭ имеют пылебрызгозащищенное исполнение.
Принцип действия основан на пропорциональном изменении длины чувствительной трубки и стержня в зависимости от температуры регулируемой среды. С изменением длины растягивается, или сжимается пружина, что ведет к размыканию или замыканию контактов.
Чувствительный дилатометрический элемент можно смонтировать в защитном кожухе, изготовленном из любого материала, стойкого в регулируемой среде.
Как действует устройство ТУДЭ?
Чувствительная трубка изготовлена из материала, имеющего большой коэффициент линейного расширения. Стержень 14 (см. рис. 16) выполнен из материала с минимальным коэффициентом линейного расширения. Для компенсации длины чувствительной трубки, которая находится в зоне тепловой изоляции, установлен стержень 13, изготовленный из
того
же материала, что и чувствительная трубка.
Стержень 13 удерживается от поперечных перемещений пластинчатой пружиной //. Стержень 14 через стержень 13 прижимается к чувствительной трубке цилиндрической пружиной 12. Со стержнем 13 жестко соединена рамка 6, на которой смонтировано контактное устройство, состоящее из рычагов 3 и 5, цилиндрической пружины 8, рычага 2 с контактами 9, винта дифференциала / и контактов 10.
При изменении температуры регулируемой среды изменяется длина чувствительной трубки, что вызывает продольное перемещение стержней 14 и 15 совместно с контактным устройством. Рычаг 3, упираясь в винт 4, начинает поворачиваться относительно оси А и занимает такие положения, при которых силы действия пружины 8 меняют свое направление, приводя в движение рычаг 5. Рычаг 2, связанный с рычагом 5 через пазы направляющей 7, замыкает или размыкает контакты 9 и 10.
