Устройства для измерения температур и излучений
Наибольшее применение в системах автоматического регулирования для измерения температуры получили термометры сопротивления, термисторы и термопары.
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 θможно определить по формуле
(IV.81)
где R0 — сопротивление проводника при температуре υ0.
Числовые значения коэффициентов α в 1/°С приведены ниже:
Алюминий......................................................... 0,0045
Железо (сплавы)............................................... 0,002 - 0,006
Платина.................................................................... 0,0039
Уголь........... - 0,0007
Электролиты............................................... - (0,02 - 0,09)
Термометры сопротивления включаются в мостовые схемы. С помощью таких схем можно измерять температуры до 200° С с ошибкой, не превышающей 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
|
|
|
(IV.82)
где р0 и ро — удельное сопротивление термистора соответственно при температурах υ0 и υ (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 RK, измеряющий температуру - холодного спая (рис. IV.23). Для установки заданной температуры при использовании потенциометрической схемы служит резистор Rp, изменяющий напряжение моста иаб.
|
|
|
|
Рис. IV.24. Схема ионизационной камеры Рис. IV.25. Характеристика ионизационной камеры
Зависимость термо - ЭДС от температуры для термопар можно определять по формуле
(IV.83)
где υ — температура одного из спаев; второй спай находится при температуре υ = 0° С. Постоянные А, В и С зависят от материалов, из которых приготовлена термопара.
Ниже приведены значения термо-ЭДС (в мВ), которые можно снять термопары, один из электродов которой выполнен из платины:
Кремний.......... 44,8 Никель - 1,5
Хромель.................. 2,4 Константин - 3,4
Железо 1,8 Молибденит - (69 - 104)
Приведенные значения определены при температуре горячего спая 30° С и холодного спая υ = 0° С.
Измерение параметров нейтронных потоков и у-излучений выполняют 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 их 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, 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
|
|
|
i = 3,3·10-10VР, (IV.84)
где V — объем камеры, см3; 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 газ 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.
(IV.85)
где п — число зарегистрированных нейтронов; n0 — число нейтронов, поступающих на детектор; N — число ядер в единице объема; σ— сечение упругого рассеяния нейтронов на ядрах детектора; Ев — энергия нейтрона.
Дата добавления: 2015-12-17; просмотров: 10; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!