5. УСТРОЙСТВА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУР И ИЗЛУЧЕНИЙ

Наибольшее применение в системах автоматического регулирования для измерения температуры получили термометры сопротивления, термисторы и термопары.

Рис. IV.22. Схема устройства для измерения тока

Термометры сопротивления служат для измерения температур от —170 до +700 °С. В качестве материалов термометров сопротивлений используют металлы, полупроводники и жидкости,

у которых электрическое удельное сопротивление изменяется при изменении температуры.

В небольшом диапазоне температур, где температурный коэффициент сопротивления можно считать постоянным, сопротивление проводника при температуре можно определить по формуле

где — сопротивление проводника при температуре

Числовые значения коэффициентов а в приведены ниже:

Термометры сопротивления включаются в мостовые схемы. С помощью таких схем можно измерять температуры до 200° С с ошибкой, не превы-. щающей 0,001° С. При температурах порядка 700° С ошибка достигает 0,05° С.

Термисторы — твердые полупроводники с большими значениями температурных коэффициентов сопротивления. Зависимость удельного сопротивления от температуры для термистора можно представить в виде экспоненциального закона

где — удельное сопротивление термистора соответственно при температурах (в градусах Кельвина); В — постоянная, зависящая от материала термистора (~4000). Большинство термисторов обеспечивают измерение температур в диапазоне от 60 до 120° С с точностью до 0,0005° С.

Термопара представляет собой цепь, состоящую из двух сваренных проводников, выполненных из различных материалов. При нагревании спая в цепи возникает термо-ЭДС, которая поступает на измерительную схему.

В автоматических системах обычно применяют металлические термопары: высокотемпературные (до 1600° С), имеющие один электрод из чистой пластины, а другой из сплава, содержащего 90% платины и 10% родия; полупроводниковые — с одним электродом из борида циркония и другим из графита; среднетемпературные (до 1200° С), состоящие их хромеля (сплав: 90% никеля и 10% хрома) и алюмеля (сплав: 95% никеля и 5% алюминия, кремния и марганца) из хромеля и копеля (сплав: 55% меди и 45% никеля).

Концы термопары, присоединяемые к потенциометрической схеме, называют холодным спаем, а собственно спай, находящийся в объекте регулирования, — горячим спаем. Естественно, что термо-ЭДС термопары зависит от температуры как горячего, так и холодного спаев. Изменения температуры холодного спая обычно компенсируются мостовой схемой, в которую вводится термометр сопротивления измеряющий температуру холодного спая (рис. IV.23). Для установки заданной температуры при использовании потенциометрической схемы служит резистор изменяющий напряжение моста .

Рис. IV.23. Схема включения термопары

Рис. IV.24. Схема ионизационной камеры

Рис. IV.25. Характеристика ионизационной камеры

Зависимость термо-ЭДС от температуры для термопар можно определять по формуле

где — температура одного из спаев; второй спай находится при температуре . Постоянные А, В и С зависят от материалов, из которых изготовлена термопара.

Ниже приведены значения термо-ЭДС которые можно снять с термопары, один из электродов которой выполнен из платины:

Приведенные значения определены при температуре горячего спая 100° С и холодного спая .

Измерение параметров нейтронных потоков и -излучений выполняют с помощью различного рода газонаполненных детекторов. Заряженная частица, попадая в объем камеры, производит ионизацию газа. На рис. IV.24 показана схема ионизационной камеры с расположенным в ее середине металлическим электродом 1. Одна из стенок камеры 2 служит вторым электродом.

Характеристика камеры (рис. IV.25) разделена на пять участков.

Участок 1 соответствует слабому полю, так как разность потенциалов малая. При этом ионы притягиваются недостаточно, и многие из них рекомбинируют, прежде чем достигнут электродов.

Участок 2 имеет более высокую разность потенциалов, когда рекомбинация ионов отсутствует и ток камеры выдерживается постоянным.

Участок 3 соответствует значительному уровню разности потенциалов, и первичные электроны, приобретая большую скорость, вызывают вторичную ионизацию. При этом наблюдается существенное нарастание тока камеры.

Участок 4. При дальнейшем увеличении разности потенциалов образуются положительные заряды с высокой энергией, достаточной для выбивания из катода вторичных электронов, которые приводят к нарастанию тока.

Участок 5. На этом участке лавинный процесс устанавливается, и ток имеет постоянное значение.

Ионизационные камеры обычно работают на втором участке. Зависимость между измеряемым током насыщения в камере и мощностью дозы на оси камеры определяется по формуле

где V — объем камеры, ; Р — мощность дозы на оси камеры, рентген/с.

Ионизационные камеры применяют в качестве детекторов нейтронов. Так как нейтроны не имеют электрического заряда, то они не могут непосредственно ионизировать в камере, поэтому нейтроны действуют на камеру следующим образом. Сначала нейтрон образует в камере заряженную частицу, которая вызывает ионизацию. Затем от действия ионизации в камере возникает электрический ток.

Регистрация нейтронов основана на явлении упругого рассеяния их на ядрах, т. е.

где — число зарегистрированных нейтронов; — число нейтронов, поступающих на детектор; — число ядер в единице объема; а — сечение упругого рассеяния нейтронов на ядрах детектора; — энергия нейтрона.