Методы и средства электрических измерений неэлектрических величин
Термочувствительные преобразователи (терморезисторы)
жүктеу/скачать 1,09 Mb. Pdf көрінісі
|
Конспект Тема 12
| Термочувствительные преобразователи (терморезисторы).
Принцип действия преобразователей основан на зависимости электрического сопротивле- ния проводников и полупроводников от температуры. В процессе измерения между преобразователем и средой происходит тепло- обмен. Следовательно, поскольку сопротивление датчика зависит от темпера- туры, то терморезистор может быть использован для измерения неэлектрических величин, характеризующих газовую или жидкую среды. При разработке преобра- зователя конструкцию его стараются сделать такой, чтобы он был чувствителен только к измеряемой неэлектрической физической величине, т. е. теплообмен дат- чика и среды определялся именно этим параметром. По
режиму работы терморезисторы разделяют на преобразователи без пред- намеренного
. В преобразователях без перегрева ток, про- текающий через датчик, практически не приводит к его саморазогреву. Таким об- разом, температура датчика, а, следовательно, и его сопротивление определяется температурой окружающей среды. Терморезисторы данной группы используются для измерения температуры в газовой и жидкой среде. В перегревных преобразо- вателях ток вызывает перегрев датчика, причем, температура этого перегрева за- висит от свойств среды. Эти терморезисторы применяются для измерения скоро- сти, плотности, состава среды и т. д. Для измерения температуры наиболее распространены терморезисторы или термопреобразователи сопротивления, выполненные из платиновой или медной проволоки. Например, термопреобразователи сопротивления медные (ТСМ) гра- дуировок 50М и 100М, платиновые (ТСП) градуировок 50П и 100П. Цифры обо- значают сопротивление чувствительного элемента при 0°С (50 Ом, 100 Ом), а буквы М и П – материал чувствительного элемента. Стандартные платиновые терморезисторы применяются для измерения температуры в диапазоне – 260…+1100°С, медные – в диапазоне –200…+200°С. На рис. 12.4 приведено устройство платинового термопреобразователя.
Платиновая неизолированная проволока 1 диаметром 0,05…0,07 мм, намотана (бифилярным способом) на каркас
, вы-
полненный из термостойкого изоляционного материала (фарфор, слюда, кварц), к концам которой припаяны выводы из серебряной проволоки
. Обмотка с каркасом помещается между слюдяными прокладками, и все вместе размещается в тонкостенной алюми- ниевой трубке. Для защиты чувствительного элемента от механи- ческих и химических воздействий внешней среды его помещают в защитную арматуру из нержавеющей стали. В некоторых датчиках, рассчитанных на измерение температур до 100°С се- ребряные выводы заменены медными. Однако при высоких температурах медь с платиной в месте спая образуют термопару, термоЭДС которой вносит погреш- ность в результат измерения. Выводы изолируются от арматуры фарфоровыми бусинками и подключаются к зажимам специальной платы, установленной в за- щитном чехле. Для каждого термометра сопротивления существует
, в которой приведена статическая характеристика преобразования . Ана-
литически функцию преобразования ТСП можно описать выражениями: 100 1 3 2 0 t Ct Bt At R R t для диапазона C 0
200 t ; 2 0 1 Bt At R R t для диапазона C 650
C 0 t , где t R – сопротивление датчика при температуре t ; 0 R – сопротивление при 0°С; коэффициенты: 1 3 K 10 968 , 3 A , 2 7 K 10 847 , 5 B , 4 12 K 10 22 , 4
. Для медного термопреобразователя
R R t α 1 0 при C 180 C 50 t , где коэффициент 1 3 K 10 26 , 4 α . Для построения термочувствительных преобразователей применяют также полупроводниковые элементы –термисторы, термодиоды и термотранзисторы.
характеризуются большей чувствительностью, при 20°С их температурный коэффициент в 10…15 раз превышает температурный коэффици- ент меди и платины и имеют более высокие значения сопротивлений (около 1 МОм). Недостатками термисторов являются плохая воспроизводимость и нели- нейность характеристики преобразования:
0 0 1 1 exp t t B R R t , где
t R и 0 R – сопротивления термистора при измеряемой температуре t и началь- Рис. 12.4
ной температуре рабочего диапазона 0
соответственно;
– коэффициент, зави- сящий от свойств полупроводника. Термисторы используются для измерения температур в диапазоне – 60 +120°С.
и
термотранзисторы , у которых изменяется сопротивление n p -перехода и падение напряжения на этом переходе под действием темпера- туры используются для работы в диапазоне температур –80°С до +150°С. Чув- ствительность термотранзистора по напряжению 1,5…2,0 мВ/К, что значительно превышает чувствительность стандартных термопар, рассматриваемых далее. К достоинствам термодиодов и термотранзисторов относятся: высокая чувствитель- ность, малая тепловая инерционность, малые размеры, высокая надежность и низ- кая стоимость. К недостаткам – плохая воспроизводимость статической характе- ристики и узкий диапазон измеряемых температур. Динамические свойства термочувствительных преобразователей характери- зуют тепловой инерционностью, определяемой показателем тепловой инерции ε . Эти преобразователи по значениям ε подразделяются на малоинерционные (до 9 с), среднеинерционные (10…80 с) и высокоинерционные (до 4 мин). Измерительные цепи, в которые включаются термометры сопротивления, ис- пользуют равновесные и неравновесные мостовые схемы, работающие в режиме ручного или автоматического уравновешивания. Широкое распространение по- лучили мостовые схемы, где в качестве измерителя используется логометр, шкала которого проградуирована в градусах. Терморезисторы также применяют в приборах для измерения степени разре- женности газов –
. В основе этих приборов лежит свойство зависи- мости теплопроводности сильно разреженных газов от степени разрежения. Тер- морезисторы используют также в термоанемометрах – приборах для измерения скорости газового потока.
жүктеу/скачать 1,09 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|