3-3. Дилатометрические и биметаллические термометры

Дилатометрические и биметаллические термометры основаны на использовании свойства твердого тела изменять свои линейные размеры при изменении температуры. Если температурный интервал невелик, то зависимость длины твердого тела от температуры может быть выражена линейным уравнением

где длина твердого тела при температуре длина того же тела при температуре ; а — средний коэффициент линейного расширения твердого тела от 0°С до

Значения средних коэффициентов линейного расширения для некоторых материалов приведены в табл. 3-3-1.

Таблица 3-3-1 (см. скан) Средние коэффициенты линейного расширения материалов

Дилатометрические термометры. Термометры этого типа, несмотря на ряд достоинств (простота устройства, высокая чувствительность) для измерения температуры используются сравнительно редко. Они находят применение главным образом в качестве первичных измерительных преобразователей в системах автоматического регулирования температуры.

Рис. 3-3-1. Схема устройства дилатометрического термометра.

На рис. 3-3-1 представлена схема устройства дилатометрического термометра. Он состоит из металлической трубы (чувствительного элемента) 1, внутри которой находится стержень 2. Труба имеет коэффициент линейного расширения больше, чем стержень. Верхний конец трубы закреплен в штуцере 3. В головке 4 находится электроконтактное устройство, состоящее из рычага 5, сочлененного со стержнем и контактами (на схеме показан один контакт), нормально замкнутой контактной группы. Нижняя часть термометра полностью погружается в среду, температура которой измеряется. При повышении температуры среды труба удлиняется больше, чем стержень, вследствие чего стержень перемещается вниз. При перемещении

стержня одновременно приводится в движение рычаг, который при заданной температуре размыкает контакты, а вместе с тем и электрическую цепь регулирующего устройства. Изменение длины трубы, а вместе с тем и перемещение стержня при повышении температуры среды от до равно:

где — длина трубы при температуре коэффициенты линейного расширения трубы и стержня,

Из уравнения (3-3-2) видно, что размер рабочего хода стержня термометра прямо пропорционален значению начальной длины трубы и диапазону изменения температуры.

Из уравнения (3-3-2) чувствительность дилатометрического термометра

Для получения необходимой чувствительности дилатометрического термометра трубу обычно изготовляют из материала с большим коэффициентом линейного расширения (например, латуни марки или стали марки а стержень из материала, коэффициент линейного расширения которого близок к нулю, например из инвара (см. табл. 3-3-1).

Рассмотренная схема первичного преобразователя (рис. 3-3-1) реализуется в дилатометрических электрических двухпозиционных терморегулирующих устройствах типа которые изготовляет казанский завод «Теплоконтроль» на различные диапазоны температур в интервале от —30 до Они выпускаются классов точности 1,5 и 2,5 в зависимости от диапазона температур и модификации.

Рассмотрим реле температуры типа которое представляет собой дилатометрическое устройство с электроконтактной системой. Это реле может быть использовано для сигнализации (или регулирования) температуры в диапазоне от 100 до 300°С в качестве первичного преобразователя.

Схема устройства реле температуры показана на рис. 3-3-2. Чувствительным элементом реле является трубка 1 и пружина контактного устройства 2. Материал трубки по сравнению с материалом пружины имеет больший коэффициент линейного расширения. При нагревании чувствительного элемента реле трубка удлиняется и связанный с ней упор 3 перемещается относительно пружины, что приводит к уменьшению зазора устанавливаемого в зависимости от заданного значения температуры с помощью регулировочного винта 4.

При достижении заданного значения температуры среды зазор полностью выбирается, а дальнейшее повышение температуры ее вызывает растяжение пружины и, следовательно, размыкание контактов 5. Понижение температуры среды вызывает уменьшение длины трубки и возврат пружины в исходное положение. При этом контакты снова замыкаются.

Узел задатчика температур снабжен шкалой, что облегчает регулировку зазора Погрешность срабатывания контактов не превышает Реле выпускает казанский завод «Теплоконтроль».

Биметаллические температурные реле. В качестве чувствительного элемента в биметаллических температурных реле

используется термобиметаллическая пластина 1 (рис. 3-3-3). Эта пластина состоит из двух слоев разнородных металлов, обладающих различными коэффициентами линейного расширения (например, инвар — латунь, инвар 1— сталь), сваренных между собой по всей плоскости соприкосновения.

Рис. 3-3-2. Схема устройства реле температуры РТ-30б.

Рис. 3-3-3. Схема устройства биметаллического реле температуры.

Различие коэффициентов линейного расширения металлических пластин, составляющих термобиметалл, и положено в основу принципа действия биметаллических температурных реле. При нагревании термобиметаллической пластины последняя изгибается в сторону металла (инвара) с меньшим коэффициентом линейного расширения и при заданной температуре замыкает контакты 2. Регулировка зазора между контактами на заданное значение температуры осуществляется винтом 3 в однородной металлической пластине. Эта пластина так же как и термобиметаллическая крепится к изолятору 4. Для защиты пластин от действия среды, температура которой контролируется, они помещены в гильзу 5.

Область применения биметаллических температурных реле лежит в интервале от —60 до 300°С в зависимости от марки используемого биметалла. Термобиметалл, кроме того, находит широкое применение для целей температурной компенсации в различных измерительных приборах.