Стремление к усовершенствованию своего транспортного средства, наверное, никогда не покидало их владельцев, поэтому нет ничего странного в том, что вместе с модернизацией других агрегатов и систем автомобиля очередь дошла и до его зажигания. Отечественные машины и многие старые иномарки обладают контактным видом системы зажигания, однако, в последнее время, все чаще можно услышать о другом его виде – бесконтактном зажигании.

Конечно, на этот счет, мнения у Всех разные, однако, большинство автолюбителей склоняются именно к этому варианту. В данной статье, мы попробуем выяснить чем же бесконтактная система обязана такой популярности, из чего она состоит и как функционирует, а также, рассмотрим основные виды возможных неисправностей, их причины и первые признаки.

Преимущества бесконтактного зажигания

Большинство выпускающихся сегодня автомобилей с бензиновыми двигателями, (неважно отечественного они или зарубежного производства) оборудуются , у которых конструкция прерывателя распределителя не предусматривает наличие контактов. Соответственно, это системы так и называются – бесконтактные.

Преимущества бесконтактного зажигания проверены на практике уже не одним автовладельцем, о чем могут свидетельствовать обсуждения этой темы на различных интернет-форумах. К примеру, нельзя не отметить простоту ее установки и настройки, рабочую надежность или улучшение пусковых качеств двигателя, в холодную погоду. Согласитесь, получается уже неплохой список «плюсов». Возможно, автовладельцам более консервативных взглядов этого покажется недостаточно, но если Вас основательно достали частые неисправности «контактной пары» и Вы начали задумываться о ее замене на более современную конструкцию бесконтактного зажигания, то вполне возможно, что данная статья поможет сделать этот последний и самый ответственный шаг.

По мнению некоторых посетителей, тех же интернет форумов, самой большой проблемой замены контактного зажигания на бесконтактное, есть сам процесс покупки комплекта. Учитывая, что стоит он немало, а в зависимости от марки и модели цена может существенно отличаться, заставить себя потратить эти деньги сможет далеко не каждый автовладелец. Тут уже, как говориться: «кто на что рассчитывает»…Но думаю, Вам, уважаемые читатели, будет интересно, какие плюсы в этой системе нашли специалисты. С их точки зрения, бесконтактная система зажигания (в сравнении с контактной) обладает тремя основными преимуществами:

Во-первых , подача тока на первичную обмотку осуществляется через полупроводниковый коммутатор, а это позволяет получить куда большую энергию искры, путем возможного получения большего напряжения на вторичной обмотке той же катушки (до 10 кВ);

Во-вторых , электромагнитный импульсный создатель (чаще всего, реализованный на основе эффекта Холла), который с функциональной точки зрения заменяет контактную группу (КГ) и по сравнению с ней, обеспечивает намного лучшие импульсные характеристики и их стабильность во всем диапазоне оборотов мотора. Как результат, мотор, оборудованный бесконтактной системой, обладает более высоким уровнем мощности и значительной экономичностью в плане топлива (до 1 литра на 100 километров).

В-третьих , потребность в обслуживании бесконтактного зажигания возникает намного реже, нежели аналогичное требование контактной системы. В данном случае, все необходимые действия сводятся лишь к смазыванию вала трамблера, спустя каждых 10000 километров пробега.

Однако, не все так радужно и в этой системе встречаются свои минусы. Основной недостаток кроется в более низкой надежности, особенно, это касается коммутаторов первоначальных комплектаций описанной системы. Довольно часто, они выходили из строя уже через нескольких тысяч километров пробега автомобиля. Чуть позже, был разработан более усовершенствованный – модифицированный коммутатор. Хоть его надежность и считается несколько высшей, однако в глобальном плане, ее также можно назвать низкой. Поэтому, в любом случае, в бесконтактной системе зажигания стоит избегать применения отечественных коммутаторов, лучше отдавать предпочтение импортным, ведь при поломке, диагностические процедуры, да и сам ремонт системы не будут отличаться особой простотой.

При желании, автовладелец может модернизировать установленное бесконтактное зажигание, что выражается в замене элементов системы на более качественные и надежные. Так, при необходимости, замене подлежит крышка трамблера, бегунок, датчик Холла, катушка или коммутатор. Кроме того, усовершенствовать систему можно и с помощью использования блока зажигания для бесконтактных систем (например, «Октан» или «Пульсар»).

В общем, в сравнении с контактной системой зажигания, бесконтактны вариант работает намного четче и равномернее , а все благодаря тому, что в большинстве случаев, возбудителем импульса выступает датчик Холла, который срабатывает как только мимо него проходят воздушные зазоры (щели, имеющиеся в полом вращающемся цилиндре на оси трамблера машины). Кроме того, для работы электронного зажигания (к нему часто относят и бесконтактный его вид) требуется намного меньше энергии аккумулятора, тоесть с толчка машину можно будет завести и при сильно разряженной аккумуляторной батареи. При включенном зажигании, электронный блок практически не использует энергию, а начинает ее потреблять только при вращении вала мотора.

Положительным моментом применения бесконтактного зажигания есть и то, что его ненужно чистить или регулировать, в отличии от того же механического, который не только требует большего ухода, но еще и тянет постоянный ток при замкнутых контактах прерывателя, тем самым способствуя нагреванию катушки зажигания при выключенном двигателе.

Структура и функции бесконтактного зажигания

Бесконтактную систему зажигания, еще называют логическим продолжением контактно-транзисторной системы, только в данном варианте, место контактного прерывателя занял бесконтактный датчик. В стандартном виде, бесконтактная система зажигания устанавливается на ряд автомобилей отечественного автопрома, а также, может монтироваться в индивидуальном, самостоятельном порядке – как замена контактной системы зажигания.

С конструктивной точки зрения, такое зажигание объединило в себе целый ряд элементов, основные из которых представлены в виде источника питания, выключателя зажигания, датчика импульсов, транзисторного коммутатора, катушки зажигания, распределителя и свечей зажигания, а используя высоковольтные провода, распределить соединяется со свечами и катушкой зажигания.

В целом, устройство бесконтактной системы зажигания соответствует аналогичной контактной, а разницу становит только отсутствие в последней датчика импульсов и транзисторного коммутатора. Датчик импульсов (или импульсный датчик) – это устройство, предназначенное для создания электроимпульсов низкого напряжения. Выделяют такие типы датчиков: Холла, индуктивный и оптический. В конструктивном плане, импульсный датчик объединен с распределителем и составляет с ним единое устройство – датчик-распределитель. Внешне он схожий с прерывателем-распределителем и оснащен таким же приводом (от коленвала двигателя).

Транзисторный коммутатор создан для прерывания тока в цепи первичной обмотки катушки, соответственно сигналам датчика импульсов. Процесс прерывания осуществляется благодаря открыванию и закрыванию выходного транзистора.

Формирование сигнала датчиком Холла

В большинстве случаев, для бесконтактной системы зажигания, характерным есть применение магнитоэлектрического датчика импульсов, работа которого базируется на эффекте Холла. Свое название прибор получил в честь американского физика Эдвина Герберта Холла, который в 1879 году открыл важное гальваномагнитное явление, имеющее огромное значение для последующего развития науки. Суть открытия заключалась в следующем: если на полупроводник, с протекающим вдоль током, оказать воздействие с помощью магнитного поля, то в нем появится поперечная разница в потенциалах (ЭДС Холла). Другими словами, воздействуя магнитным полем на пластину проводника с током, мы получим поперечное напряжение. Появляющаяся поперечная ЭДС может обладать напряжением лишь на 3В меньшим, чем напряжение питания.

Устройство предусматривает наличие постоянного магнита, полупроводниковой пластины с имеющейся в ней микросхемой и стального экрана с прорезями (другое название – «обтюратор»).

Данный механизм имеет щелевую конструкцию: с одной стороны щели размещается полупроводник (при включенном зажигании по нему протекает ток), а с другой – находится постоянный магнит. В щель датчика, установлен стальной экран цилиндрической формы, конструкция которого отличается наличикм прорезей. Когда прорезь стального экрана пропускает магнитное поле, в полупроводниковой пластине появляется напряжение, если же сквозь экран не проходит магнитное поле, соответственно, напряжение не возникает. Периодическое чередование прорезей стального экрана создает импульсы, имеющие низкое напряжение.

В процессе вращения экрана, когда его прорези попадают в щель датчика, магнитный поток начинает воздействовать на полупроводник с протекающим током, после чего управляющие импульсы датчика Холла передаются коммутатору. Там они преобразовываются в импульсы тока первичной обмотки катушки зажигания.

Неисправности в бесконтактной системе зажигания

Кроме описанной выше системы зажигания, на современных автомобилях также еще устанавливается и контактная, и электронная системы. Разумеется, что в процессе эксплуатации каждой из них, возникают различные неисправности. Конечно, некоторые из поломок индивидуальны для каждой системы, однако, существуют и общие поломки, характерные для каждого из видов. К ним относятся:

- проблемы со свечами зажигания, неисправности катушки;

Нарушение соединений низковольтной и высоковольтной цепи (включая обрыв провода, окисление контактов или неплотное соединение).

Если говорить об электронной системе, то к этому перечню добавятся еще и неисправности ЭБУ (электронного блока управления) и поломки входных датчиков.

Кроме общих неисправностей, к проблемам бесконтактной системы зажигания часто относятся и неполадки в устройстве транзисторного коммутатора, центробежного и вакуумного регулятора опережения зажигания или датчика-распределителя. К основным причинам появления тех или иных неисправностей в любом из указанных видов зажигания, относятся:

- нежелание автовладельцев соблюдать правила эксплуатации (использование низкокачественного топлива, нарушение регулярности технического обслуживания или неквалифицированное его проведение);

Применение в эксплуатации некачественных элементов системы зажигания (свечей, катушек зажигания, высоковольтных проводов и т.п.);

Отрицательное воздействие внешних факторов окружающей среды (атмосферных явлений, механических повреждений).

Конечно, любая неисправность в автомобиле, будет отражаться на его работе. Вот и в случае с бесконтактной системой зажигания, любая поломка сопровождается определенными внешними проявлениями: запуск двигателя вообще не начинается или мотор начинает работать с трудом. Если Вы заметили в своей машине этот признак, то вполне возможно, что причину следует искать в обрыве (пробое) высоковольтных проводов, поломке катушки зажигания ну или в неисправности свечей зажигания.

Работа двигателя в режиме холостого хода характеризуется неустойчивостью. К возможным неисправностям, характерным для этого показателя можно отнести пробой в крышке датчика-распределителя; проблемы в работе транзисторного коммутатора и неполадке в работе датчика-распределителя.

Увеличение расхода бензина и снижение мощности силового агрегата, могут свидетельствовать о выходе из строя свечей зажигания; поломке центробежного регулятора опережения зажигания или сбоев в работе вакуумного регулятора опережения зажигания.

В состав автомобиля входит четыре системы: охлаждения, смазки, топливная и зажигания. Выход из строя каждой из них в отдельности приводит к полному выходу из строя всего автомобиля. Если поломка найдена, ее нужно устранить, и чем раньше, тем лучше, поскольку ни одна из систем не выходит из строя сразу. Этому, как правило, предшествует множество «симптомов».

В этой статье мы более подробно остановимся на системе зажигания. Существует два типа: контактное и бесконтактное зажигание. Они отличаются наличием и отсутствием размыкающихся контактов в распределителе. В момент, когда размыкаются эти контакты, в катушке образуется который подается посредством высоковольтных проводов на свечи.

Бесконтактное зажигание лишено этих контактов. Они заменены коммутатором, который, в принципе, выполняет эту же функцию. Изначально на автомобили отечественного производства устанавливалась лишь контактная система. Бесконтактное зажигание ВАЗ стал устанавливать в начале 2000-х. Это было хорошим для него прорывом. Прежде всего, бесконтактное зажигание обладает большей надежностью, поскольку фактически из системы был удален один довольно уязвимый элемент.

Со временем автовладельцы стали сами устанавливать бесконтактное зажигание на классику, поскольку это серьезно облегчало обслуживание. Теперь исключалась возможность подгорания контактов. Кроме того, теперь в них не надо было регулировать зазор в момент размыкания. Помимо всего прочего, бесконтактное зажигание обладает и лучшими характеристиками тока, а именно, большей частотой и напряжением, что серьезно снижает износ электродов свечей. На лицо - плюсы во всех сферах эксплуатации.

Но не все так гладко, как хотелось бы. Например, бывают случаи, когда выходит из строя коммутатор. Если замена контактного блока обойдется в 150-200 рублей при хорошем качестве, то здесь цены в 3-4 раза больше. Помимо прочего, замена контактного зажигания на бесконтактное влечет за собой и замену на силиконовые, если они не были установлены ранее. Конечно, можно оставить и стандартные, но тогда возможны пробои, а значит - перебои в зажигании и во всей работе двигателя.

Теперь немного о самой системе. Питание постоянно подается на контакты через которые оно идет к первичной (малой) обмотке катушки. В момент размыкания контактов ток в первичной обмотке прекращается, изменяется вследствие чего возникает индукционный ток высокой частоты и напряжения. Он-то и подается на

Сама замена контактного зажигания на бесконтактное не должна вызвать каких-либо трудностей, поскольку все сводится к откручиванию и прикручиванию деталей. Конечно же, после замены самого распределителя нужно будет выставить момент зажигания, но, во-первых, это не слишком сложно, а во-вторых - можно изначально выставить бегунок в удобное положение и запомнить, чтобы потом аналогично установить коммутатор. А еще стоит отключить аккумулятор от цепи, чтобы не получить ожогов или прочих травм.

Бесконтактная система зажигания является конструктивным продолжение контактно-транзисторной системы зажигания. В данной системе зажигания контактный прерыватель заменен бесконтактным датчиком. Бесконтактная система зажигания стандартно устанавливается на ряде моделей отечественных автомобилей, а также может устанавливаться самостоятельно вместо контактной системы зажигания.

Применение бесконтактной системы зажигания позволяет повысить мощность двигателя, снизить расход топлива и выбросы вредных веществ за счет более высокого напряжения разряда (30000В) и соответственно более качественного сгорания топливно-воздушной смеси.

Конструктивно бесконтактная система объединяет ряд элементов, среди которых источник питания, выключатель зажигания, датчик импульсов, транзисторный коммутатор, катушка зажигания , распределитель и конечно свечи зажигания . Распределитель соединен со свечами и катушкой зажигания с помощью проводов высокого напряжения.

В целом устройство бесконтактной системы зажигания аналогично контактной системе зажигания , за исключением датчика импульсов и транзисторного коммутатора.

Датчик импульсов предназначен для создания электрических импульсов низкого напряжения. Различают датчики импульсов следующих типов: Холла, индуктивный и оптический.

Наибольшее применение в бесконтактной системе зажигания нашел датчик импульсов использующий эффект Холла (возникновение поперечного напряжения в пластине проводника с током под действием магнитного поля). Датчик Холла состоит из постоянного магнита, полупроводниковой пластины с микросхемой и стального экрана с прорезями (обтюратора).

Прорезь в стальном экране пропускает магнитное поле и в полупроводниковой пластине возникает напряжение. Стальной экран не пропускает магнитное поле, и напряжение на полупроводниковой пластине не возникает. Чередование прорезей в стальном экране создает импульсы низкого напряжения.

Датчик импульсов конструктивно объединен с распределителем и образуют одно устройство – датчик-распределитель. Датчик-распределитель внешне подобен прерывателю-распределителю и имеет аналогичный привод от коленчатого вала двигателя .

Транзисторный коммутатор служит для прерывания тока в цепи первичной обмотки катушки зажигания в соответствии с сигналами датчика импульсов. Прерывание тока осуществляется за счет отпирания и запирания выходного транзистора.

Принцип работы бесконтактной системы зажигания

При вращении коленчатого вала двигателя датчик-распределитель формирует импульсы напряжения и передает их на транзисторный коммутатор. Коммутатор создает импульсы тока в цепи первичной обмотки катушки зажигания. В момент прерывания тока индуцируется ток высокого напряжения во вторичной обмотке катушки зажигания. Ток высокого напряжения подается на центральный контакт распределителя. В соответствии с порядком работы цилиндров двигателя ток высокого напряжения подается по проводам высокого напряжения на свечи зажигания. Свечи зажигания осуществляют воспламенение топливно-воздушной смеси.

При увеличении оборотов коленчатого вала регулирование угла опережения зажигания осуществляется центробежным регулятором опережения зажигания.

При изменении нагрузки на двигатель регулирование угла опережения зажигания производит вакуумный регулятор опережения зажигания.

Поговорка о том, что новое – это не лучшее, актуальна не всегда. Если говорить о системах зажигания, здесь она не применима. Старая, проверенная годами, кулачковая (контактная) система зажигания уже забылась, так как на смену ей пришла бесконтактная, которая не только новее, но и практичнее, и эффективнее, и надежнее. Но какие плюсы и есть у каждой из систем? Вот в этом стоит подробнее разобраться и сделать окончательный вывод о том, что же лучше.

Кулачковая система зажигания

Итак, проверенная уже не одним поколением авто- и мотолюбителей система зажигания вполне работоспособная и широко использовалась на ВАЗовской , например. Если вы ездили на автомобилях с такой системой зажигания, вы знаете, насколько важно правильно выставить зазор в контактной группе. Немного ошибешься и не видать хорошей искры.

Но есть один большой плюс у этой системы. Конечно же, это простота, так как нет никаких электронных блоков, надежность которых вызывает сомнение. В качестве прерывателя: кулачковый механизм, высоковольтная катушка и распределитель зажигания с коррекцией момента зажигания . Просто, а что самое главное – дешево.

Но минусы влияют на всю конструкцию. В момент расцепления происходит образование искры, которая пагубно влияет на металлические контакты. Они покрываются черным , который ухудшает контакт. По этой причине на свечах зажигания не образуется искра, а двигатель невозможно завести. Приходится время от времени контакты и регулировать зазор.

Бесконтактная система зажигания

Бесконтактное (электронное) зажигание на автомобилях ВАЗ начали ставить, начиная с восьмого семейства. Преимущество системы в том, что в качестве прерывателя используется датчик Холла. Отсутствуют контакты, зато есть более уязвимое место – коммутатор, в задачу которого входит усиление сигнала от датчика. Выполнен коммутатор на полупроводниковых элементах, что оказывается не всегда надежным. Большинство автомобилистов предпочитают возить с собой в машине запасной коммутатор и датчик Холла.

Это два элемента системы зажигания, которые выходят из строя и ремонту не подлежат. Но с другой стороны, бесконтактная система намного эффективнее, нежели кулачковая, да и служит она дольше. Качественные датчик Холла и коммутатор могут прослужить много лет, ни разу не подведут. И в каком-либо уходе они не нуждаются. Важно только, чтобы коммутатор был крепко установлен на кузове для лучшего охлаждения. А провода от датчика Холла, которые находятся внутри распределителя зажигания, не соприкасались с движущимися деталями.

Оценив все плюсы и минусы, можно сказать, что намного лучше окажется бесконтактная система зажигания, нежели кулачковая. Минимум ухода она требует и довольно эффективна в работе. А кулачковая устарела на данный момент и нуждается в частой регулировке зазора и чистке (замене) контактов.

Лекция 7 . Измерение температуры. Контактный и бесконтактный способы. Измерение тепловых потоков.

7.1. Измерение температуры.

Температура - это параметр теплового состояния, представляющий собой физическую величину, которая характеризует степень нагретости тела. Степень нагретости тела обусловлена его внутренней энергией. Непосредственно измерить температуру тела невозможно. Температура измеряется косвенным путем с использованием температурной зависимости какого-либо физического свойства термометрического тела. В качестве термометрического тела используются тела, у которых удобные для непосредственного измерения физические свойства однозначно зависят от температуры. Такими физическими свойствами являются, в частности, объемное расширение ртути, изменение давления газов и т.д.

При измерении температуры какого-либо тела термометрическое тело должно быть с ним в тепловом контакте. В этом случае с течением времени наступает тепловое равновесие между ними, т.е. температура этих тел выравнивается. Такой способ измерения температуры, при котором измеряемая температура тела определяется по совпадающей с ней температуре термометрического тела, называется контактным способом измерения температуры. Возможные расхождения между этими значениями температуры составляют методическую погрешность контактного способа измерения температуры.

В природе нет идеально подходящих рабочих тел, термометрические свойства которых удовлетворяли бы предъявляемым требованиям во всем диапазоне измерения температуры. Поэтому температуру, измеряемую термометром, шкала которого построена на допущении линейной температурной зависимости термометрических свойств какого-либо тела, называют условной температурой, а шкалу - условной температурной шкалой. Примером условной температурной шкалы является известная стоградусная шкала Цельсия. В ней принят линейный закон температурного расширения ртути, а в качестве основных точек шкалы используются точка таяния льда (0°С) и точка кипения воды (100°С) при нормальном давлении. Термодинамическая температурная шкала, предложенная Кельвином, основана на втором законе термодинамики и не зависит от термометрических свойств тела. Построение шкалы опирается на следующие положения термодинамики: если в прямом обратимом цикле Карно к рабочему телу подводится теплота Q 1 от источника с высокой температурой T 1 и отводится теплота Q 2 к источнику с низкой температурой Т 2 , то отношение T 1 / Т 2 равно отношению Q 1 /Q 2 независимо от природы рабочего тела. Эта зависимость позволяет построить шкалу, опираясь только на одну постоянную или реперную точку с температурой Т 0 . Пусть температура источников теплоты Т 2 =Т 0 , a T 1 =T, причем Т неизвестна. Если между этими источниками осуществить прямой обратимый цикл Карно и измерить количество подводимой Q 1 и отводимой Q 2 теплоты, то неизвестную температуру можно определить по формуле

Таким способом можно произвести градуирование всей температурной шкалы.

В качестве единственной реперной точки для Международной термодинамической температурной шкалы принята тройная точка воды, и ей присвоено значение температуры 273,16 К. Выбор этой точки объясняется тем, что она может быть воспроизведена с высокой точностью - погрешность не превысит 0,0001 К, что значительно меньше погрешности воспроизведения точек таяния льда и кипения воды. Кельвином называется единица термодинамической температурной шкалы, определяемая как 1/273,16 часть температурного интервала между тройной точкой воды и абсолютным нулем. Такой выбор единицы обеспечивает равенство единиц в термодинамической и стоградусной шкалах: температурный интервал в 1К равен интервалу в 1°С.

Ввиду того, что определение температуры путем осуществления прямого обратимого цикла Карно с измерением подводимой и отводимой теплоты сложно и затруднительно, для практических целей на основе термодинамической температурной шкалы установлена Международная практическая температурная шкала МПТШ-68 (1968 - год принятия шкалы). Эта шкала устанавливает температуру в диапазоне от 13,81 К до 6300 К и максимально приближена к Международной термодинамической температурной шкале. Методика ее реализации базируется на основных реперных точках и на эталонных приборах, градуированных по этим точкам. МПТШ- 68 опирается на 11 основных реперных точек, представляющих собой оп-ределенное состояние фазового равновесия некоторых веществ, которым присвоено точное значение температуры.

7.1.1. Контактное измерение температуры.

По принципу действия контактные термометры делятся на:

1.Термометры, основанные на тепловом расширении вещества. Используются с термометрическим телом в жидком состоянии (например, ртутные жидко-стеклянные термометры) и в твердом состоянии - биметаллические, действие которых основано на различии коэффициентов линейного теплового расширения двух материалов (например, инвар -латунь, инвар - сталь).

2. Термометры, основанные на измерении давления вещества.

Это манометрические термометры, которые представляют собой замкнутую герметичную термосистему, состоящую из термобаллона, манометрической пружины и соединяющего их капилляра.

Действие термометра основано на температурной зависимости давления газа (например, азота) или паров жидкости, заполняющих герметичную термосистему. Изменение температуры термобаллона вызывает перемещение пружины, соответствующее измеряемой температуре. Манометрические термометры выпускаются как технические приборы для измерения температуры от -150°С до +600°С в зависимости от природы термометрического вещества.

3. Термометры, основанные на температурной зависимости термо-ЭДС. К ним относятся термоэлектрические термометры или термопары.

4.Термометры, основанные на температурной зависимости электрического сопротивления вещества. К ним относятся электрические термометры сопротивления.

Жидкостный стеклянный термометр представляет собой тонкостенный стеклянный резервуар, соединенный с капилляром, с которым жестко связана температурная писала. В резервуар с капилляром заливается термометрическая жидкость, на температурной зависимости теплового расширения которой основано действие термометра. В качестве термометрической жидкости используется ртуть и некоторые органические жидкости - толуол, этиловый спирт, керосин.

Достоинствами жидкостных стеклянных термометров являются простота конструкции и обращения; низкая стоимость, достаточно высокая точность измерения. Эти термометры применяются для измерения температуры от минус 200°С до плюс 750°С.

Недостатками жидкостных стеклянных термометров являются большая тепловая инерция, невозможность наблюдения и измерения температуры на расстоянии, хрупкость стеклянного резервуара.

Термоэлектрический термометр основан на температурной зависимости контактных термо-ЭДС в цепи из двух разнородных термоэлектродов. При этом происходит преобразование неэлектрической величины-температуры в электрический сигнал - ЭДС. Термоэлектрические термометры часто называют просто термопарами. Термоэлектрические термометры широко применяют в диапазоне температуры от -200°С до +2500°С, но в области низких температур (менее -50°С) они получили меньшее распространение, чем электрические термометры сопротивления. При температуре выше 1300°С термоэлектрические термометры применяют в основном для кратковременных измерений. Достоинствами термоэлектрических термометров являются возможность измерения температуры с достаточной точностью в отдельных точках тела, малая тепловая инерция, достаточная простота изготовления в лабораторных условиях, выходной сигнал является электрическим.

В настоящее время для измерения температур используются следующие термопары:

Вольфрам-вольфрамрениевые (ВР5/20) до 2400...2500К;

Платино-платинородиевые (Pt/PtRh) до 1800... 1900 К;

Хромель-алюмелевые (ХА) до 1600.. .1700 К;

Хромель-копелевые (ХК) до 1100 К.

При подключении измерительного прибора к термопарной цепи возможны 2 схемы:

1) с разрывом одного из термоэлектродных проводов;

2) с разрывом холодного спая термопары.

Для измерения малой разности температуры часто используется термобатарея, состоящая из нескольких последовательно соединенных термопар. Такая термобатарея позволяет повысить точность измерения в результате увеличения выходного сигнала во столько раз, сколько термопар в термобатарее.

Термо-ЭДС в термопарной цепи можно измерить милливольтметром по методу непосредственной оценки и потенциометром по методу сравнения.

Электрические термометры сопротивления основаны на температурной зависимости электрического сопротивления термометрического вещества и широко применяются для измерения температуры от -260°С до +750°С, а в отдельных случаях до +1000°С. Чувствительным элементом термометра является терморезисторный преобразователь, который позволяет преобразовать изменение температуры (неэлектрической величины) в изменение сопротивления (электрической величины). Терморезистором может служить любой проводник с известной температурной зависимостью сопротивления. В качестве материала для терморезистора используют такие металлы как, платина, медь, никель, железо, вольфрам, молибден. Кроме них, в термометрах сопротивления могут быть использованы некоторые полупроводниковые материалы.

Достоинствами металлических термометров сопротивления являются высокая степень точности измерения температуры, возможность применения стандартной градуировочной шкалы во всем диапазоне измерения, электрическая форма выходного сигнала.

Чистая платина, для которой отношение сопротивления при 100°С к сопротивлению при 0°С составляет 1,3925, в наибольшей степени удовлетворяет основным требованиям по химической стойкости, стабильности и воспроизводимости физических свойств и занимает особое место в терморезисторах для измерения температуры. Платиновые термометры сопротивления используются для интерполяции Международной температурной шкалы в диапазоне от -259,34°С до +630,74°С. В этом диапазоне температур платиновый термометр сопротивления превосходит по точности измерения термоэлектрический термометр.

Недостатками термометров сопротивления являются невозможность измерения температуры в отдельной точке тела из-за значительных размеров его чувствительного элемента, необходимость постороннего источника электропитания для измерения электрического сопротивления, малое значение температурного коэффициента электрического сопротивления для металлических термометров сопротивления, которое требует для измерения небольших изменений сопротивления высокочувствительные и точные приборы.

7.1.2. Бесконтактное измерение температур с помощью пирометров излучения.

Пирометрами излучения или просто пирометрами называют приборы для измерения температуры тел по тепловому излучению. Измерение температуры тел пирометрами основано на использовании законов и свойств теплового излучения. Особенностью методов пирометрии является то, что информация об измеряемой температуре передается неконтактным способом. Ввиду этого удается избежать искажений температурного поля объекта измерений, так как не требуется непосредственного соприкосновения термоприемника с телом.

По принципу действия пирометры для локального измерения температуры делят на яркостные пирометры, цветовые пирометры, радиационные пирометры.

Основной величиной, воспринимаемой глазом исследователя или приемниками теплового излучения пирометров, является интенсивность или яркость излучения тела. Действие яркостных пирометров основано на использовании зависимости спектральной интенсивности излучения тела от температуры тела. Яркостные пирометры, используемые в видимой части спектра излучения, с регистрацией сигнала при помощи глаз исследователя, называются оптическими пирометрами. Оптические пирометры являются наиболее простыми в обслуживании и широко применяются для измерения температуры от 700°С до 6000°С.

Для измерения яркостной температуры в видимой части спектра широко используются оптические пирометры с исчезающей нитью переменного и постоянного накала. Яркостная температура тела измеряется путем сравнения спектральной интенсивности излучения измеряемого тела с интенсивностью излучения нити пирометрической лампы при одной и той же эффективной длине волны (эффективная длина волны находится внутри узкого конечного интервала длин волн, в котором происходит излучение тела). При этом яркостная температура нити лампы устанавливается градуировкой по абсолютно черному телу или по специальной температурной лампе.

Оптическая система пирометра позволяет создать изображение объекта измерения в плоскости нити пирометрической лампы. В момент достижения равенства спектральных интенсивностей излучения объекта измерения и нити лампы вершина нити исчезает на фоне свечения тела.

Принцип действия цветовых пирометров основан на использовании зависимости отношения интенсивностей излучения, измеренных в двух достаточно узких спектральных интервалах, от температуры излучающего тела. Название «цветовые пирометры» происходит из-за того, что в видимой части спектра изменение длины волны при фиксированной температуре тела сопровождается изменением его цвета. Цветовые пирометры применяются для автоматического измерения температур в диапазоне 700°С - 2880°С. Цветовые пирометры имеют более низкую чувствительность, чем яркостные, в особенности при высокой температуре, но при использовании цветовых пирометров поправки на температуру, связанные с отличием свойств реальных тел от свойств абсолютно черного тела, получаются меньшими, чем при использовании других пирометров.

Радиационные пирометры - это приборы для измерения температуры по интегральной интенсивности (яркости) излучения тела. Они используются для измерения температуры от 20°С до 3500°С. Эти приборы имеют меньшую чувствительность, чем яркостные и цветовые, но измерения радиационными методами технически более простые.

Радиационные пирометры состоят из телескопа, приемника интегрального излучения, вторичного прибора и вспомогательных устройств. Оптическая система телескопа концентрирует энергию излучения тела на приемник интегрального излучения, степень нагрева которого, т.е. температура, а, следовательно, и выходной сигнал пропорциональны падающей энергии излучения и определяют радиационную температуру тела. В качестве приемника излучения (чувствительного элемента) чаще всего используют термобатареи из нескольких последовательно соединенных термопар. Наряду с термобатареями в качестве приемников интегрального излучения могут быть использованы и другие теплочувствигельные элементы, например болометры, в которых излучение от объекта измерения нагревает чувствительный к температуре резистор. Изменение температуры резистора служит мерой радиационной температуры.

В качестве вторичных приборов, регистрирующих сигнал приемника излучения, используют показывающие самопишущие и регистрирующие приборы. Шкала вторичных приборов обычно градуируется в градусах радиационной температуры. Для исключения погрешностей, обусловленных нагревом корпуса пирометра (телескопа) из-за теплообмена его с окружающей средой и в результате поглощения излучения от объекта измерения. Телескопы радиационных пирометров могут быть снабжены различными системами температурной компенсации.

7.2. Измерение тепловых потоков.

Измерение тепловых потоков необходимо при исследовании рабочих процессов машин и аппаратов, при определении тепловых потерь и исследовании условий теплообмена поверхностей с потоками газа или жидкости.

Методы измерения тепловых потоков и реализующие их устройства чрезвычайно разнообразны. По принципу измерения теплового потока все методы можно разделить на 2 группы.

1. Энтальпийные методы.

С помощью энтальпийных методов плотность теплового потока определяется по изменению энтальпии воспринимающего тепло тела. В зависимости от способа фиксирования этого изменения энтальпийные методы подразделяются на калориметрический метод, электрометрический метод, метод, использующий энергию изменения агрегатного состояния вещества.

2. Методы, основанные на решении прямой задачи теплопроводности.

Прямая задача теплопроводности заключается в отыскании температуры тела, удовлетворяющей дифференциальному уравнению теплопроводности и условиям однозначности. В этих методах плотность теплового потока определяется по градиенту температуры на поверхности тела. Среди методов этой группы различают метод вспомогательной стенки, теплометрический метод с использованием поперечной составляющей потока, градиентный метод.

Методы, основанные на решении прямой задачи теплопроводности основаны на определении плотности теплового потока, пронизывающего исследуемый объект. Этот метод реализован на практике использованием батарейных термоэлектрических преобразователей теплового потока в электрический сигнал постоянного тока. Действие основано на использовании физической закономерности установления разности температур на стенке при пронизывании ее тепловым потоком. Оригинальность батарейного преобразователя теплового потока состоит в том, что стенка, на которой создается разность температур, и измеритель этой разности объединены в одном элементе. Это достигается за счет того, что преобразователь выполнен в виде так называемой вспомогательной стенки, состоящий из батареи дифференциальных термопар, которые включены параллельно по измеряемому тепловому потоку и последовательно по генерируемому электрическому сигналу.

Батарея термоэлементов изготовляется по гальванической технологии. Единичный гальванический термоэлемент представляет собой комбинацию восходящей и нисходящей ветвей термопар, причем, восходящая ветвь – основной проводник, а нисходящая – гальванически покрытый парным термоэлектродным материалом участок этого же проводника. Пространство между ними заполнено электроизоляционным компаундом. Конструктивно преобразователь состоит из корпуса, внутри которого при помощи компаунда крепится батарея термоэлементов и отводящие проводники, выведенные из корпуса через два отверстия.

Рис. 7.1. Схема батареи гальванических термоэлементов:

основная термоэлектрическая проволока, 2 - гальваническое покрытие, 3 - заливочный компаунд; 4 - каркасная лента.

Измеряемый тепловой поток определяется по формуле

где Q – тепловой поток от объекта Вт,

k – градуировочный коэффициент Вт/мВ,

e – термоэдс, генерируемая преобразователем мВ.

Такие батарейные преобразователи могут быть использованы в качестве высокочувствительных теплометрических элементов (тепломеров) при различных тепловых измерениях.

Литература.

Гортышев Ю.Ф. Теория и техника теплофизического эксперимента. – М., «Энергоатомиздат», 1985.

Тепло- и массообмен. Теплотехнический эксперимент. Справочник под ред. Григорьева В.А. – М., «Энергоатомиздат», 1982.

Иванова Г.М. Теплотехнические измерения и приборы.- М., «Энергоатомиздат», 1984.

Приборы для теплофизических измерений. Каталог. Институт проблем энергосбережения АН УССР. Составители Геращенко О.А., Грищенко Т.Г. – Киев, «Час», 1991.

http://www.kobold.com/