Теоретическое обоснование экспериментальных данных

Техническое задание

Введение

Введение

Лабораторная работа №1

Введение

В настоящем Практикуме по курсу «Датчики в электронных устройствах» приведены методические указания по проведению исследований свойств датчиков, используемых для измерения температуры.

В лабораторной работе №1 проводится исследование статических характеристик датчиков температуры на основе терморезисторов.

Лабораторная работа №2 посвящена исследованию статических характеристик полупроводниковых термо-марганцевых терморезисторов типа ММТ.

Лабораторная работа №3 посвящена исследованию статических характеристик датчиков температуры типа L-TXK (хромель-копель) и типа K-TXA (хромель-алюмель).

В лабораторной работе №4 исследуются зависимости от температуры параметров биполярного транзистора с целью создания полупроводниковых датчиков температуры.

В приложении к методическим указаниям по исследованию датчиков температуры приводится пример практического использования датчика температуры типа L-TXK в электронном устройстве, разработанном студентом магистратуры Пантюковым М.И.

Исследование статических характеристик датчиков температуры

на основе термосопротивлений

Резисторный термопреобразователь – датчик температуры, в котором информационным параметром изменения температуры является изменение электрического сопротивления датчика. Термопреобразователи на основе термосопротивлений (ТС) изготавливаются следующих типов: ТСП – платиновый; ТСМ – медный; ТСН – никелевый. Требования к термосопротивлениям описывает ГОСТ 6651-2009 “Термопреобразователи сопротивления из платины, меди и никеля. Общие технические требования и методы испытаний”.

В таблице 1 приведены выражения, описывающие номинальные статические характеристики (НСХ) термосопротивлений (R_t - сопротивление ТС, Ом, при температуре t, °C; R₀ - сопротивление ТС, Ом, при температуре 0 °C).

Допуски и диапазоны измерений для ТС и ЧЭ с любым номинальным значением сопротивления приведены в таблице 2. С целью повышения точности ТС может быть выполнена его индивидуальная калибровка с получением индивидуальных коэффициентов зависимости сопротивления от температуры.

Таблица 1. Выражения, описывающие НСХ термосопротивлений

Тип ТС	Выражение, (диапазон температур НСХ)*	Значение Коэффициентов НСХ	Температурный коэффициент,°C^–1
ТСП	Rt = R0·(1+A·t+B·t^2), от 0 °C до +850 °C	A = 3,9083·10^–3 °C^–1 B = –5,775·10^–7 °C^–2	0,00385
Rt = R0·(1+A·t+B·t^2), от 0 °C до +850 °C	A = 3,9690·10^–3 °C^–1 B = –5,841·10^–7 °C^–2	0,00391
ТСМ	Rt = R0·(1+A·t), от 0 °C до +200 °C	A = 4,28·10^–3 °C^–1	0,00428
ТСН	Rt = R0·(1+A·t+B·t^2), от минус 60 °C до +100 °C	A = 5,4963·10^–3 °C^–1 B = 6,7556·10^–6 °C^–2	0,00617

*Приведены только те диапазоны, которые понадобятся для проведения эксперимента

Таблица 2. Классы допусков и диапазоны измерений

Класс допуска	Допуск,^оС	Диапазон измерений,^оС
ТСП	ТСМ	ТСН
Проволочный ЧЭ	Плёночный ЧЭ
АА (W 0.1; F 0.1)	±(0,1+0,0017·‌‌‌│t│)	от -50 до +250	от 0 до +150	-	-
А (W 0.15; F 0.15)	±(0,15+0,002‌‌‌·‌‌‌│t│)	от -100 до +450	от -30 до +300	от -50 до +120	-
B (W 0.3; F 0.3)	±(0,3+0,005‌‌‌·‌‌‌│t│)	от -196 до +660	от -50 до +500	от -50 до +200	-
C (W 0.6; F 0.6)	±(0,6+0,01‌‌‌·‌‌‌│t│)	от -196 до +660	от -50 до +600	от -180 до +200	от -60 до +180

2 Методика эксперимента

Внимание! С целью обеспечения защиты от поражения электрическим током визуально проверьте целостность питающих кабелей, розеток, органов управления приборами, убедитесь в наличии заземления у оборудования, задействованного в эксперименте.

2.1 Соедините оборудование, участвующее в эксперименте, в соответствии с функциональной схемой, приведённой на рисунке 1. Перечень используемого оборудования и материалов приведите в таблице 3.

Рисунок 1. Функциональная схема соединения оборудования

№	Наименование	Тип	Технические характеристики
	Вольтметр универсальный цифровой	В7-40	Измерение сопротивления: 0,01÷2·10^6 Ом Предел основной относительной погрешности: ±[0,15 + 0,05(Rk/R - 1)]% (на пределах Rk= 0,2;2;20;200;2000 кОм)
	Термокамера (+ терморегулятор)	ВТК-400 БТП-78	Диапазон термостатирования: tкомн÷ 400 °С
	Термометр ртутный	ГОСТ 2823-73	Диапазон измеряемых температур: 0 ÷ 100 °С (цена деления: 1°С)
	Термосопротивления	ТСП (США) ТСП (РФ) ТСМ (РФ)	Номинальное сопротивление: 100 Ом (при 0 °С)
	Переключатель кулачковый (галетный)	П2Г3-3П4НВ (или аналог)	Должен обеспечивать выборочную коммутацию одной из 3-х цепей

Таблица 3. Перечень оборудования и компонентов, используемых в эксперименте

2.2 Включите вольтметр В7-40 и установите режим измерения сопротивления в автоматическом режиме (нажав “R” – “ Род работы ” и “АВП” – “ Автоматический выбор пределов ”).

2.3 Убедившись, что на терморегуляторе выставлена начальная температура эксперимента (30 °С), включите его.

2.4 Снимите статическую характеристику R(t) для каждого термосопротивления в диапазоне температур 30÷100 °С при повышении и понижении температуры, для этого:

- наблюдая за показанием термометра, дождитесь установления в термокамере заданной температуры;

- измерьте сопротивление каждого из трёх терморезисторов (устанавливая переключатель в соответствующее положение: ТСП (США)–п.1; ТСП (РФ)–п.2; ТСМ– п.3. Занесите данные в ячейку “R_х↑” таблицы 4;

- увеличив на блоке регулирования температуру на 10 °С, повторите предыдущие этапы эксперимента (после снятия данных при температуре 100 °С, перейдите к следующему этапу);

- уменьшая температуру на 10 °С, снимите экспериментальные данные значений сопротивлений ТС. Результаты эксперимента занесите в ячейки “R_х↓”.

Таблица 4. Экспериментальные данные

t,°С

Сопротивление термопреобразователей, Ом

ТСП (США)

ТСП (РФ)

ТСМ

Rп↑

Rп↓

Rпср

∆п

Rп↑

Rп↓

Rпср

∆п

Rм↑

Rм↓

Rмср

∆м

2.5 Рассчитайте среднее значение сопротивления на заданной температуре (с целью уменьшения погрешности эксперимента):

R_xср = (R_x↑ + R_x↓) / 2

2.6 Постройте графические экспериментальную и номинальную статическую характеристики для каждого ТС.

2.7 По результатам сравнения графических характеристик оцените расхождения экспериментальных данных с расчётными. Результаты расхождений занесите в таблицу 4. По наибольшему отклонению Δ_х определите класс допуска используемых ТС.

2.8 Сделайте выводы по проведённой работе, основываясь на полученных результатах.

Лабораторная работа №2

Исследование статических характеристик полупроводниковых

медно-марганцевых терморезисторов

1 Введение

Терморезистор (термистор) типа ММТ – полупроводниковый прибор, принцип действия которого основан на зависимости электрического сопротивления от температуры окружающей среды (согласно новой системы обозначения, терморезисторы обозначаются буквами СТ - сопротивление термочувствительное). Данные терморезисторы имеют отрицательный температурный коэффициент сопротивления (ТКС). Зависимость их сопротивления от температуры с достаточной для практики точностью описывается выражением:

где: R_t - величина сопротивления терморезистора при температуре Т, К;

А - постоянная, зависящая от физических свойств материала терморезистора и его габаритов;

В - постоянная, зависящая только от физических свойств полупроводникового материала (может иметь одно или два значения в интервале рабочих температур).

Значительная зависимость сопротивления полупроводников от температуры позволила сконструировать чувствительные терморезисторы, представляющие собой объёмные полупроводниковые сопротивления с большим TKC. В зависимости от назначения терморезисторы изготавливаются из веществ с различным значением удельного сопротивления, при этом могут применяться полупроводниковые материалы, как с электронным, так и с дырочным механизмом проводимости, а так же, беспримесные вещества.

В терморезисторах с отрицательным ТКС полупроводниковый материал – спечённая керамика, которой придают различные форму и размеры. Её изготавливают из смеси оксидов металлов, таких как: Mn, Ni, Co, Cu, Fe. Изменяя состав материала и размеры терморезистора, можно получить сопротивления в диапазоне 1÷10⁶ Ом при комнатной температуре и ТКС от -2% до -6,5% на 1°C.

Основными параметрами вещества терморезистора, определяющими его свойства, являются: температурный коэффициент сопротивления, химическая стабильность и температура плавления. Большинство типов терморезисторов надёжно работают лишь в определённом интервале температур – всякий перегрев свыше нормы необратимо меняет его свойства. Диапазон изменения сопротивления резистора, изготовленного из слабо проводящих материалов может достигать 3-х порядков (т.е. изменение в 1000 раз) для всего интервала рабочих температур.

Любой терморезистор обладает тепловой инерционностью, которая проявляется в задержке изменения температуры рабочего объёма полупроводника по сравнению с температурой окружающей среды. Характеристикой тепловой инерции терморезистора может служить так называемая постоянная времени τ. Постоянная времени численно равна тому количеству времени, в течение которого терморезистор, ранее находившийся при 0° С, а затем перенесенный в среду с температурой 100° С, уменьшит свое сопротивление на 63% (для ММТ-1 это время составляет 85 секунд).

Для большинства полупроводниковых терморезисторов зависимость сопротивления от температуры имеет нелинейный характер. Тепловая инерция терморезистора мало отличается от инерции ртутного термометра.

2 Методика эксперимента

Внимание! С целью обеспечения защиты от поражения электрическим током визуально проверьте целостность питающих кабелей, розеток, органов управления приборами, убедитесь в наличии заземления у оборудования, задействованного в эксперименте.

2.1 Соедините оборудование, участвующее в эксперименте в соответствии с функциональной схемой, приведённой на рисунке 1. Перечень используемого оборудования и материалов приведите в таблице 1.

Рисунок 1. Функциональная схема соединения оборудования

Таблица 1.Перечень оборудования и компонентов, используемых в эксперименте

№	Наименование	Тип	Технические характеристики
	Вольтметр универсальный цифровой	В7-40	Измерение сопротивления: 0,01÷2·10^6 Ом Предел основной относительной погрешности: ±[0,15 + 0,05(Rk/R - 1)]% (на пределах Rk= 0,2;2;20;200;2000 кОм)
	Термокамера (+ терморегулятор)	ВТК-400 БТП-78	Диапазон термостатирования: tкомн÷ 400 °С
	Термометр ртутный	ГОСТ 2823-73	Диапазон измеряемых температур: 0 ÷ 100 °С (цена деления: 1°С)
Продолжение таблицы 1
	Терморезисторы ММТ	ММТ-1 (ММТ-4, ММТ-5)	Пределы номинальных сопротивлений: 1 ÷ 220 кОм (при 20 °С) Допуск, не более: 20 % Интервал рабочих температур: от -60 до +125 °С ТКС:2,4 ÷ 5,0 %/°С (при 20 °С)
	Переключатель кулачковый (галетный)	П2Г3-3П4НВ (или аналог)	Должен обеспечивать выборочную коммутацию одной из 3-х цепей

2.2 Включите вольтметр В7-40 и установите режим измерения сопротивления в автоматическом режиме (нажав “R” – “ Род работы ” и “АВП” – “ Автоматический выбор пределов ”).

2.3 Убедившись, что на терморегуляторе выставлена начальная температура эксперимента (30 °С), включите его.

2.4 Снимите статическую характеристику R(t) для каждого из 3-х терморезисторов в диапазоне температур 30÷100 °С, для этого:

- наблюдая за показанием термометра, дождитесь установления в термокамере заданной температуры;

- измерьте сопротивление каждого из трёх терморезисторов (устанавливая переключатель в соответствующее положение: R1 –п.1; R2 –п.2; R3 – п.3). Занесите данные в ячейку “R_х↑”таблицы 2;

- увеличив на блоке регулирования температуру на 10 °С, повторите предыдущие этапы эксперимента (после снятия данных при температуре 100 °С, перейдите к следующему этапу);

- уменьшая температуру на 10 °С, снимите экспериментальные данные значений сопротивлений терморезисторов. Результаты эксперимента занесите в ячейки“R_х↓”.

Таблица 2. Экспериментальные данные

t,°С	Сопротивление терморезисторов ММТ, Ом	σ,Ом	∆,Ом
R1	R2	R3
R1↑	R1↓	R1ср	R2↑	R2↓	R2ср	R3↑	R3↓	R3ср

2.5 Рассчитайте среднее значение сопротивления на заданной температуре (с целью уменьшения погрешности эксперимента):

R_xср = (R_x↑ + R_x↓)/2

2.6 Постройте графическую статическую характеристику для каждого терморезистора. Из графика определите чувствительность терморезисторов по температуре.

2.7 Оцените разброс номинального сопротивления резисторов исследуемого типа по результатам расчёта оценки среднеквадратичного отклонения:

,

где: n – число резисторов;

R_iср –сопротивление соответствующего терморезистора;

R_ср – среднее значение сопротивления терморезисторов при данной температуре.

2.8 Определите доверительный интервал полученных экспериментальных данных при доверительной вероятности p=0,95:

∆ = t · σ,

где: t – коэффициент Стьюдента.

2.9 Сделайте выводы по проведённой работе, основываясь на полученных результатах.

Лабораторная работа №3

Исследование статических характеристик термоэлектрических преобразователей температуры типов L-TXK и К-TXA

1 Введение

Номинальные статические характеристики термоэлектрических преобразователей температуры (далее ТЭП, термопара) типов L-ТХК (хромель-копель) и К-ТХА (хромель-алюмель) устанавливает ГОСТ Р 8.585-2001 ГСИ “Термопары. Номинальные статические характеристики преобразования”.

Термопара - два проводника из разнородных материалов, соединённых на одном конце и образующих часть устройства, использующего термоэлектрический эффект (эффект Зеебека) для измерения температуры.

Эффект Зеебека - возникновение ЭДС в электрической цепи, состоящей из последовательно соединённых между собой разнородных проводников, контакты между которыми находятся при различных температурах. ЭДС зависит от материалов термоэлектродов и разности температур спаев:

,

где α - коэффициент пропорциональности (коэффициент Зеебека).

Термопары создают электрический сигнал, пропорциональный разнице температур двух разных точек. Таким образом, спай, используемый для измерения необходимой температуры, именуется «горячим», а другой спай – «холодным». Как правило, измеряемая температура выше, чем температура, в которой расположен прибор для измерения. Трудности применения термопар относятся к использованию напряжения «холодного» спая. В основном, требуется измерение температуры в конкретной точке, а не разницы температур двух точек, что выполняет термопара.

Конструктивно термопары различают по расположению “горячего” спая. На рисунке 1 приведены их основные виды расположения:

Рисунок 1. Способы расположения спая рабочего конца ТП:

а) «свободный» спай, не изолированный от измеряемой среды;

б) спай, замкнутый на корпус; в) спай, изолированный от корпуса.

2 Методика эксперимента

Внимание! С целью обеспечения защиты от поражения электрическим током визуально проверьте целостность питающих кабелей, розеток, органов управления приборами, убедитесь в наличии заземления у оборудования, задействованного в эксперименте.

2.1 Соедините оборудование, участвующее в эксперименте, в соответствии с функциональной схемой, приведённой на рисунке 2. Перечень используемого оборудования и материалов приведите в таблице 1.

Рисунок 2. Функциональная схема соединения оборудования

Таблица 1. Используемое оборудование и компоненты

№	Наименование	Тип	Технические характеристики
	Вольтметр универсальный цифровой	В7-40 (2 шт.)	Измерение напряжения (на пределе 200 мВ): 0,01÷200 мВ Предел основной относительной погрешности: ±[0,05 + 0,02(Uk/U - 1)]% (Uk=200 мВ)
	Термокамера (+ терморегулятор)	ВТК-400 БТП-78	Диапазон термостатирования: tкомн÷ 400 °С
	Термометр ртутный	ГОСТ 2823-73	Диапазон измеряемых температур: 0 ÷ 100 °С (цена деления: 1°С)
	Термопара	L (ТХК)	Хромель: 90,5% Ni + 9,5% Cr Копель: 56% Fe + 44% Ni
	Термопара	K (ТХА)	Хромель: 90,5%Ni+9,5%Cr Алюмель: 2%Mn+2%Al+1%Si+0.5%Fe+94,5% Ni

2.2 Включите вольтметры В7-40 и установите режим измерения напряжения на диапазоне “мВ” (нажав “U=” – “ Род работы ” и “АВП” для выбора диапазона).

2.3 Убедившись, что на терморегуляторе выставлена начальная температура эксперимента (30 °С), включите его.

2.4 Снимите статическую характеристику U(t) для каждой термопары в диапазоне температур 30÷100 °С, для этого:

- наблюдая за показанием термометра, дождитесь установления в термокамере заданной температуры;

- зафиксируйте показания вольтметров и занесите данные в ячейки “U_L(К)↑” таблицы 2;

- увеличив на блоке регулирования температуру на 10°С, повторите предыдущие пункты эксперимента;

- уменьшая температуру на 10 °С, снимите экспериментальные данные значений ЭДС термопреобразователей. Результаты эксперимента занесите в ячейки “U_L(К)↓”.;

- для уменьшения погрешности эксперимента, рассчитайте среднее значение сопротивления на заданной температуре:

U_xср = (U_x↑ + U_x↓)/2

2.5 Оцените относительную инструментальную погрешность измерения δ U_L и δ U_K.

t,°С	ЭДС, мВ	Инструментальная погрешность, %
UL↑	UL↓	ULср	UK↑	UK↓	UKср	δUL	δUK

Таблица 2. Экспериментальные данные

2.6 Измерьте температуру холодного спая t_хс термопар и по таблицам 7 и 12 ГОСТ Р 8.585-2001 определите поправки ΔU_L и ΔU_К . Занесите данные в таблицу 3.

Таблица 3. Поправочные данные, учитывающие температуру “холодного” спая

tхс, °С	ЭДС, мВ
ΔUL	ΔUК

2.7 Подготовьте для таблицы 4 данные (U_L0,U_К0) для номинальной статической характеристики исследуемых термопар (см. Таблицы 7 и 12 ГОСТ Р 8.585-2001).

2.8 Подготовьте для таблицы 4 данные экспериментальных статических характеристик термопар с учётом температуры “холодного” спая U_L=U_Lср+ΔU_L и U_К=U_Kср+ΔU_К.

Таблица 4. Номинальные и экспериментальные данные

t,°С	ЭДСтермопар, мВ
UL0	UK0	UL	UK	ΔtL, °С	ΔtK, °С

2.9 Постройте по данным таблицы 4 номинальные статические характеристики U_L0=f(t),U_К0=f(t) и экспериментальные статические характеристики U_L=f(t), U_K=f(t).

2.10 По полученным графическим статическим характеристикам оцените абсолютную погрешность измерения температур Δt_L(K). Результаты оценки занесите в таблицу 4.

2.11 Оцените относительную погрешность калибровки термопар и их чувствительность. Результаты оценки занесите в таблицу 5.

Таблица 5. Относительные погрешности калибровки термопар

t, °С	Относительная погрешность калибровки, %	Чувствительность
		SL,мкВ/°С	SK,мкВ/°С

2.12 Сделайте выводы по проведённой работе, основываясь на полученных результатах.

Лабораторная работа № 4

Исследование температурных зависимостей параметров

биполярного транзистора

1 Введение

В датчиках температуры на основе диодов и биполярных транзисторов используется зависимость параметров p-n-перехода от температуры. Для диодов этим параметром является обратный ток I_обр, который растёт с увеличением температуры по экспоненциальному закону. Диапазон температур, при котором можно использовать I_обр в качестве информационного параметра о температуре перехода, весьма ограничен и определяется тепловым пробоем перехода.

Наибольшее распространение получило использование “прямых” параметров диодов и транзисторов. Их существенными преимуществами перед “обратными” являются: линейность температурной зависимости, широкий диапазон рабочих температур, высокая стабильность. Чаще всего, используется прямое напряжение на p-n- переходе при постоянном токе эмиттера I_э. Иногда используется коэффициент усиления транзистора по току h₂₁, однако его невысокая чувствительность к изменению температуры, а так же необходимость индивидуальной градуировки во всём диапазоне температур, ограничивают его применение для целей измерения температур. Основным недостатком является сложность получения номинальных статических характеристик из-за разброса основных параметров транзисторов (h_21э, сопротивления базовой области r_б, токов утечки и т.п.).

В ООО “НПП ОКБА” выпускается серийный психрометр ПТ-1, в качестве датчиков в котором применены транзисторы КТ3102, имеющие линейную зависимость U_БЭ(t) (при I_K=const). Принцип работы прибора основан на зависимости разности температур сухого и смоченного термодатчика от влажности анализируемого газа.

2 Методика эксперимента

Внимание! С целью обеспечения защиты от поражения электрическим током визуально проверьте целостность питающих кабелей, розеток, органов управления приборами, убедитесь в наличии заземления у оборудования, задействованного в эксперименте

Цель работы: Определить характер зависимости от температуры параметров биполярного транзистора (h₂₁, h₂₂, I_К0), включенного по схеме с общей базой, где h₂₁ – коэффициент передачи транзистора; h₂₂ – выходная проводимость транзистора; I_К0 - обратный ток транзистора.

2.1 Соедините оборудование, участвующее в эксперименте, в соответствии с функциональной схемой, приведённой на рисунке 1 (длина проводов, соединяющих транзистор с испытателем Л2-54 должна быть не более 300 мм). Перечень используемого оборудования и материалов приведите в таблице 1.

Рисунок 1. Функциональная схема соединения оборудования

Таблица 1. Перечень оборудования и компонентов, используемых в эксперименте

№	Наименование	Тип	Технические характеристики
	Испытатель маломощных транзисторов и диодов	Л2-54	Измерение обратного тока коллектора: 0,01÷100мкА Основная погрешность измерения IКобр: ± 15 %от знач. шкалы (0,01÷0,1мкА); ± 5 %от знач. шкалы (0,1÷100мкА) Измерение h21Б: 0.9÷1
	Термокамера (+ терморегулятор)	ВТК-400 БТП-78	Диапазон термостатирования: tкомн÷ 400 °С
	Термометр ртутный	ГОСТ 2823-73	Диапазон измеряемых температур: 0 ÷ 100 °С (цена деления: 1°С)
	Транзистор	МП15 (3 шт.)

Рисунок 2. Внешний вид прибора Л2-54

2.2 Установите переключатель 4 испытателя транзисторов в положение «Транзистор р-п-р», включите прибор и дайте ему прогреться в течении 5 минут.

2.3 Для контроля отсутствия короткого замыкания между коллектором и эмиттером проверяемого транзистора установите переключатель диапазонов 3 в положение «КЗ», переключатель параметров 5 в положение «КЗ h22», переключатель 1 в положение «Измерение». При коротком замыкании стрелка индикатора будет зашкаливать (транзистор пробит, требуется его замена).

2.4 Убедившись, что на терморегуляторе выставлена начальная температура эксперимента (30 °С), включите его.

2.5 Для измерения обратного тока коллектора транзистора I_К0:

- установите переключатель 5 в положение“I_св μA”, в положении «Измерение» переключателя 1 снимите показание прибора по шкале “10 V,I”, выбрав при помощи переключателя 3 такой диапазон измерения, чтобы возможно было произвести уверенный отсчёт показаний индикатора прибора.

2.6 Для измерения коэффициента передачи тока транзистора h_21б:

-установите переключатель 5 в положение “h₂₁”, переключатель 3 в положение“▼h”;

-в положении «Измерение» переключателя 1 ручкой “▼h” установите стрелку индикатора прибора на деление 0,9 шкалы h_21б;

- установите переключатель 1 в среднее положение;

-установите переключатель 3 в положение “h_21б”. В положении переключателя 1 «Измерение» снимите отсчёт коэффициента передачи тока для схемы включения с общей базой и общим эмиттером по соответствующей шкале прибора.

2.7 Для измерения выходной проводимости транзистора h₂₂:

-установите переключатель 5 в положение“ КЗ h₂₂”, переключатель 3 в положение “▼h”;

-в положении «Измерение» переключателя 1 ручкой “▼h” установите стрелку индикатора прибора на деление 4 шкалы h₂₂, поставьте переключатель 1 в среднее положение;

-установите переключатель 3 в положение h₂₂;

-в положении «Измерение» переключателя 1 снимите отсчёт h₂₂ по соответствующей шкале прибора h₂₂, мкСм.

2.8 Повторите процесс измерения для ещё двух транзисторов аналогичного типа. Результаты измерения занесите в таблицу 2.

Таблица 2. Экспериментальные данные

Номер транзистора	t, °С	h21б	h21e	h22	Iсв0
МП15 (№1)
МП15 (№2)
МП15 (№3)

2.9 Постройте графики зависимости исследуемых параметров транзистора от температуры.

2.10 По построенным графикам оцените чувствительность по температуре для каждого транзистора по каждому параметру:

Таблица 3. Чувствительность по температуре исследуемых параметров

Номер транзистора	SIk0, мкА/град	Sh21б, град^-1	Sh21e, град^-1	Sh22, мкCм/град

2.11 Сделайте выводы по проведённой работе, основываясь на полученных результатах.

Приложение А «Пример применения датчика температуры типа L-TXK в устройстве для лужения выводов компонентов при установке их на печатную плату»

Целью данной работы является изучить принцип действия термоэлектрического преобразователя (термопары), привести теоретическое обоснование температурной зависимости и на основе имеющихся экспериментальных данных разработать устройство для регулирования температуры тигля ванны для лужения, в котором датчиком температуры выступает термопара типа L-ТХК (хромель-копель).

В процессе монтажа радиоэлектронных компонентов на печатные платы, изготовлении жгутов и сборок при опытном и мелкосерийном производстве одной из основных подготовительных операций является лужение выводов компонентов. Лужение позволяет облегчить дальнейший монтаж компонентов, а так же повысить надёжность и качество паяного соединения.

В зависимости от типа компонента, необходимо соблюдение специфических для каждого компонента требований к процессу лужения. Данные требования и ограничения устанавливаются производителями радиоэлектронных компонентов и могут иметь существенные различия по допустимым температуре и времени лужения.

Требуется провести модернизацию устаревшего оборудования по лужению изделий рабочего места монтажника РЭАиП. После модернизации оборудование должно соответствовать следующим техническим параметрам:

- диапазон регулировки температуры расплава припоя - 100 ÷ 380 °С;

- дискретность установки температуры - 1 °С;

- точность регулирования температуры, не хуже - ± 4 °С;

- цифровая индикация значения температуры расплава;

- установка температуры посредством кнопочного управления;

- режим защиты от перегрева и ограничение времени работы (для повышения безопасности устройства).

Кроме того, при модернизации необходимо использовать недорогую и доступную элементную базу и материалы.

Функциональная схема модернизируемого оборудования приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Функциональная схема установки для лужения (до модернизации)

Для питания нагревателя Rн тигля ванны для лужения используется промышленный разделительный трансформатор ЯТП-0,25-21, имеющий номинальную выходную мощностью 250 Вт и выходное напряжение 12 В.

Посредством температурного реле Kt, собранного на основе биметаллической пластины и имеющего надёжный тепловой контакт с тиглем, обеспечивается коммутация нагревателя. При достижении температуры расплава 300±20 °С (а следовательно и корпуса термореле), происходит размыкание термореле, цепь нагревателя рвётся, начинается процесс остывания расплава. При снижении температуры расплава до 270±20 °С термореле замыкается, процесс нагрева повторяется.

Так как интересующий нас диапазон температур (100÷380 °С) выходит за рамки исследованного диапазона (30÷100 °С), докажем корректность полученных экспериментальным путём данных и возможность использования расчётных значений термоЭДС термопары при проектировании устройства. Для этого построим график ЭДС, используя аппроксимирующее выражение из ГОСТ Р 8.585-2001:

,

где: С_k – коэффициенты аппроксимирующего полинома;

t – разность температур спаев термопары.

Рисунок 2 - Сравнение экспериментальных и расчётных значений ЭДС L-термопары:

(U_Lср – экспериментальные значения ЭДС; E(t) – расчётные значения ЭДС)

Таблица 1. Экспериментальные значения ЭДС (при t_комн=25 °С)

Температура в камере, °С	ЭДС, мВ
UL↑	UL↓	ULср
	0,47	0,43	0,45
	0,98	1,11	1,045
	1,69	1,59	1,64
	2,44	2,31	2,375
	3,11	2,78	2,945
	3,46	3,68	3,57
	4,84	4,75	4,795
	5,16	4,99	5,075

Из построенного графика видно, что полученные данные близки к расчётным и для дальнейшего расчёта допустимо применять аппроксимирующее выражение номинальной статической характеристики термопары.

Дата добавления: 2017-02-01