Объемные термочувствительные элементы

В промышленных ДТ используются стандартные ТЧЭ, чаще всего термисторы и терморезисторы проволочного, фольгового или дискретного типов. Из перечисленной группы терморезисторы выпускаются серийно.

Обширную группу полупроводниковых терморезисторов составляют композиционные терморезисторы (так называемые термисторы) [6, 10]. Термисторы имеют в своей основе порошкообразные сложные составы кобальто-марганцевых (КМТ, СТ1, ПТ), медно-марганцевых (ММТ, СТ2), медно-кобальто-марганцевых (МКМТ, СТЗ), никеле-кобальто-марганцевых (СТ4) оксидных полупроводников. Используются также составы на основе титаната бария, легированного по массе 0,1 % германия (СТ5) и др. С целью идентификации термисторов в партиях в их состав добавляются стабилизирующие вещества – окислы никеля, магния, углерода. При помощи пластичного связующего смеси формируются прессованием, а затем спрессованные заготовки спекаются с выводами и покрываются защитным покрытием.

На рис. 6.3 приведены конструкции стержневых, бусинковых, дисковых, пластинчатых и трубчатых терморезисторов.

Рисунок 6.3–Дискретные стандартные термочувствительные элементы

Температурная зависимость сопротивления терморезисторов описывается соотношением вида

R _Т = А ,

где А, В — постоянные коэффициенты (в узком температурном интервале).

Коэффициент температурной чувствительности = – В /Т² = –2,5...4 %/°С.

Воспроизводимость хорошо стабилизированных терморезисторов в диапазоне –50... 200 °С составляет в лучшем случае 0,2 °С. Высокая нелинейность затрудняет использование терморезисторов при измерениях. Их применение целесообразно в узких температурных интервалах, где проявляется их главное достоинство – высокая чувствительность при сравнительно небольшой нелинейности.

Позисторы – полупроводниковые терморезисторы с положительным ТКС. На основе легированной титанатной керамики выпускаются терморезисторы с аномально большим положительным ТКС. Такое большое значение ТКС обусловливается сочетанием сегнетоэлектрических свойств керамики и полупроводниковых свойств легирующих элементов. Чувствительные элементы позисторов имеют в своей основе сегнетоэлектрические керамики из титанатов, цирконатов и других солей свинца, бария, мышьяка и др. Их ТКС может превышать 10 %/°С.

В диапазоне измеряемой температуры температурная зависимость сопротивления позистора имеет вид: R=Ae .

У позисторов на характеристике (рис. 6.4) ясно видно резкое возрастание сопротивления (скачком на несколько порядков) при температурах 50…110 °С (из рис. 6.4 видно, что СТ5-1 имеют ТКС 20; СТ6-1А – ТКС 10; СТ6-1Б, СТ6-ЗБ – ТКС 15; СТ6-4Г – ТКС 4; СТ11-1Г – ТКС 9). Температура скачка определяется составом материала позистора. Присущий позисторам эффект резкого возрастания сопротивления используется для таких целей, как термостабилизация устройств и отдельных элементов, защита электрооборудования от перегрузок и пр.

а б

Рисунок 6.4–Зависимости сопротивления позисторных элементов от температуры:
а – обобщенная термохарактеристика позисторного термодатчика;
б – зависимость ТКС позисторов от температуры (1 – СТ5-1;
2 – СТ6-1А; 3 – СТ6-1Б; 4 – СТ6-3Б; 5 – СТ6-4Г; 6 – CT11-1Г)

Раздел 7 Методы измерения уровня жидких веществ

Измерения уровня различных материалов достаточно широко используются в технологических процессах, в энергетике, на транспорте, летной и РК технике. Путем измерения уровня можно получить информацию о массе нефтепродуктов или горючего в нефтерезервуарах, танкерах, баках самолетов и ракет и проч. Количественно уровень выражается в единицах длины. Устройства, предназначенные для измерения уровня веществ, называются уровнемерами (УМ).

Разнообразие контролируемых сред, условий применения уровнемеров не позволяет использовать какой-либо один или несколько физических принципов преобразования, поэтому, как правило, тип УМ и принцип его действия выбирают исходя из конкретных измеряемых продуктов, их состояния и условий применения. Иногда для обеспечения надлежащей точности и достоверности измерения, для контроля уровня одного и того же вещества могут применяться УМ, основанные на различных принципах преобразования. Это используется, например, в случае образования в контролируемой жидкости фракций, возникающих в процессе хранения, переработки и пр.

Так, образование пены в процессе нагревания, ферментации и прочих процессов затрудняет использование ультразвуковых и ёмкостных УМ, для радиационных же и поплавковых УМ присутствие пены не является критическим фактором. С другой стороны, радиационные УМ используются, в основном, как сигнализаторы уровня, а поплавковые УМ при измерении в обычном режиме (при отсутствии пены) имеют меньшую точность измерения по сравнению с ультразвуковыми и ёмкостными. Поэтому в данном случае для обеспечения требуемой точности измерения на объект целесообразно устанавливать УМ разного принципа действия, например, ультразвуковой и поплавковый.

Различные методы преобразования, применяемые при измерении уровня можно объединить в несколько блоков, каждый из которых основан на фундаментальных, физических законах.

1. Гравитационные методы, при которых прямо или косвенно используется проявление силы тяжести контролируемой среды (законы Архимеда, сообщающихся сосудов, весовой метод и т. д.).

2. Полевые методы, в которых используются различного рода физические поля для идентификации границы раздела «жидкость–воздух» и эффекты их поглощения и отражения в контролируемой среде.

3. Лучевые методы, при которых используются лучи частиц или сфокусированный оптический луч источника света или лазера.

Первая группа методов – гравитационная – представлена пневматическим, гидростатическим, совмещённым, весовым методами.

Полевые методы – это наиболее многочисленная группа методов, к ней относятся:

- ёмкостной;

- индуктивный;

- резистивный (омический);

- резонансный;

- СВЧ;

- ультразвуковой.

В группу лучевых методов входят и радиоизотопный и оптический методы.

Все перечисленные методы различаются трудоёмкостью, аппаратурным и метрологическим обеспечением, поэтому и применимость их в различных отраслях нефтегазового комплекса различна. Выбор конкретного метода измерения зависит от контролируемой среды, быстродействия, требуемой точности, диапазона измерения, рабочей температуры, различных технологических факторов (времени контроля, возможных химических реакций и т. д.).

Дата добавления: 2014-11-29