Системы автоматизации различных технологических процессов невозможно построить без применения разнообразных датчиков. Датчик – ключевой элемент измерительных и регулирующих устройств. Он преобразует воздействие измеряемой физической величины (температуры, давления и т. д.) в удобный для передачи и обработки электрический сигнал.
Датчики ЭДС – служат для регистрации ЭДС (электродвижущей силы) возникающей, когда в цепи появляется разность потенциалов.
Что такое ЭДС
Электродвижущая сила – это физическая величина, которая отражает работу сторонних (необязательно электромагнитных) сил, влияющих на цепи переменного и постоянного тока. Измеряется она в Вольтах, но с напряжением имеет мало общего.
В отличие от ЭДС, напряжение отражает силу действия электрического поля на заряженные частицы. ЭДС может порождаться не только электрическим полем, но и магнитным, воздействием температуры, света и другими силами.
Для лучшего понимания природы ЭДС можно взять простейший пример – «условный» проводник, на концах которого появилась разность потенциалов. В результате по нему пойдет электроток и будет протекать, пока потенциалы не уравновесятся. Чем выше будет разность – тем выше будет напряжение.
Но напряжение в нашем примере будет постепенно падать, по мере выравнивания потенциалов. Если же к проводнику приложить некую силу, которая совершит работу по поддержанию разницы потенциалов, ток в проводнике будет сохраняться, пока действует эта сила, его параметры будут зависеть от него. Эту работу и называют ЭДС.
ЭДС может возникать под воздействием разных факторов (температуры, магнитного поля, света), что позволяет создать большое количество разнообразных датчиков ЭДС.
Как работают датчики ЭДС
Принцип работы таких сенсоров прост – под воздействием измеряемой величины в датчике возникает ЭДС, которая создает разность потенциалов и приводит к возникновению электрического тока.
Напряжение и сила тока будут меняться в зависимости от величины измеримого параметра. Регистрируя эту информацию, можно получить точные данные о температуре, давлении, и других величинах (в зависимости от конструкции конкретного сенсора).
Разновидности ЭДС-датчиков
В зависимости от природы возникновения ЭДС они бывают:
- Химическими. Регистрируют ЭДС возникающую при протекании химических реакций. Часто используются для контроля разрядки/зарядки аккумуляторов, для автоматизации управления химическими производственными циклами.
- Термическими. Позволяют точно измерить температуру. Используются в металлургии, газовых котлах, водонагревателях.
- Фотоэлектронными. Основаны на регистрации фотоэффекта (возникновения электрического тока под действием квантов света).
- Основанными на эффекте Холла. Регистрируется электрически ток в проводнике, помещенном в постоянное магнитное поле. Широко применяются в автомобилестроении, присутствуют в большинстве современных смартфонов (цифровой компас).
- Пьезоэлектрическими. Позволяют регистрировать механические колебания, силу растяжения либо сжатия, приложенную к особым материалам (чаще всего кристаллам кварца).
Наиболее распространены термические ЭДС датчики (термопары) и датчики Холла. Они отличаются простой конструкцией, широким спектром применения и высокой точностью измерения.
Особенности работы термопар (термоэлектрических преобразователей)
Термопары представляют собой две проволоки, изготовленные из разных металлов либо их сплавов. Одни их концы образуют «горячий/рабочий пай», в этом месте их соединяют путем:
- Скручивания
- Сварного шва
- Сварки встык
Свободные концы представляют собой «холодный/опорный пай». К нему же крепятся провода, ведущие к измерительному устройству либо управляющей автоматике.
При соединении разнородных металлов/сплавов в точках спаек образуется термо-ЭДС. Но если контакты электродов имеют одинаковую температуру, ЭДС горячего и холодного пая компенсируют друг друга. Если же температура горячей спайки изменяется, возникает разность потенциалов и по цепи начинает идти ток, регистрируя который можно с высокой точностью измерить температуру.
Таблица рабочих диапазонов основных типов термопар
При использовании термопары важно обеспечить постоянную температуру в области холодной пайки. От этого зависит точность показаний сенсора. Если температура «холодного пая» будет колебаться, в работе устройства возникнут нежелательные помехи и сильно врастет погрешность измерения.
К основным преимуществам термопар относят:
- Высокая точность измерения
- Широкий диапазон измеряемой температуры
- Простая конструкция, обслуживание
- Высокая надежность
Приобрести сенсоры термо-ЭДС можно в компании «Градиентех». Компания предлагает надежные устройства бескорпусного типа для различных условий работы.
На что обращать внимание при выборе термопары
Чтобы правильно выбрать датчик термо-ЭДС, необходимо учитывать:
- Измеряемый диапазон температуры. Каждая разновидность сенсора имеет типичный рабочий диапазон, при выходе за его пределы устройство прекратит работу, либо выдаст недостоверные показатели.
- Соответствие конструкции датчика условиям эксплуатации. Для работы в агрессивных средах, способных нанести повреждение термопаре, нужно выбирать устройства, оснащенные керамической защитой либо построенные на основе особо устойчивых сплавов. Для обычных условий хорошо подойдут и обычные, бескорпусные термодатчики.
Также необходимо учитывать длину погружаемой части сенсора и соединительного кабеля. Для «холодного пая» необходимо создать условия, способствующие поддержанию постоянной температуры. Это позволит свести погрешности измерения к минимуму.