Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Применение терморезисторов




В тех случаях, когда терморезисторы используют в качестве датчика, они могут работать в следующих двух режимах:

1) когда температура терморезистора прак­тически определяется только температурой окружающей среды (ток, проходящий через терморезистор, имеет очень малую величину);

2) когда терморезистор нагревается прохо­дящим по нему током, а температура терморе­зистора определяется изменяющимися уcловиями теплоотдачи, что связано с температу­рой окружающей среды.

В первом случае терморезистор ис­пользуется в качестве датчика температуры, который получил название термометра сопро­тивления. Термометры сопротивления широко применяются для измерения температуры жидких и газообразных сред в трубопроводах, резервуарах и помещениях. В авиации они применяются для измерения температуры во­ды, масла, окружающего воздуха и др. Наи­большее распространение получили платино­вые (типа ТСП) и медные (типа ТСМ) термо­метры сопротивления.

Во втором случае терморезисторы обычно применяются в качестве датчиков для измерения различных неэлектрических ве­личин, тем или иным способом изменяющих отвод тепла от терморезистора. На этом принципе построены различные датчики, изме­ряющие скорость потока газа, вакуума и др.

Платиновые термометры сопротивлений в зависимости от кон­струкции могут измерить температуру до 973 К. Характеристики платинового термометра сопротивления и медного термометра при­водятся в справочниках. Железо и никель как материал для тер­мометров сопротивлений применяются реже. Объясняется это тем, что характеристики этих металлов заметно отличаются от прямой, в то время как характеристики платинового и медного терморези­сторов практически прямо­линейны.

При использовании тер­мометров сопротивления мо­гут возникнуть следующие погрешности:

1) от колеба­ния питающего напряжения;

2) от изменения сопротивле­ния соединительных прово­дов под влиянием темпера­туры окружающей среды;

3) от самонагрева датчика под действием протекающего через него тока;

4) от теп­ловой инерционности дат­чика.

Для уменьшения первой погрешности в качестве из­мерительного прибора при­меняют приборы логометрического типа, у которых угол отклоне­ния подвижной системы пропорционален отношению токов двух подвижных катушек, одна из которых создает вращающий, а вто­рая— противодействующий моменты. На одну из катушек подает­ся напряжение разбаланса от мостовой измерительной схемы, а вторая питается непосредственно от источника; тогда при колеба­ниях питающего напряжения токи в обеих катушках будут изме­няться, а их отношение будет оставаться постоянным.

Вторая погрешность может быть значительно уменьшена пра­вильным выбором сопротивления датчика по сравнению с сопротив­лением соединительных проводов. Если сопротивление датчика выбрать из условия R Д >>R Л, где R Л — сопротивление линии (сое­динительных проводов), то погрешность сводится к минимуму. Обычно R Д = 46—100 Ом, a R Лпри больших расстояниях (до не­скольких сотен метров) может достигать 5 Ом.

Вторым способом уменьшения температурной погрешности (от колебания температуры линии) является применение многопровод­ных линий связи: когда к датчику подводятся более двух проводов. На рис. 10. 5 приведена схема включения датчика в мостовую схему посредством трех проводов (а, б и в). Датчик R T(термометр со­противления) включен в качестве плеча в мостовую схему; в противоположное плечо моста включен резистор R 2. Одна из катушек логометра 1, по которой протекает ток I 1, включена в диагональ моста, а другая катушка 2, по которой протекает ток I 2, подключе­на к источнику питания U. Так как соединительные провода а и б включаются в смежные плечи моста (провод а последовательно включен с резистором R 1, провод б — последовательно с резистором R t), то одинаковые изменения сопротивлений соединительных про­водов, вызываемые колебаниями температуры окружающей среды, не будут сказываться на режиме мостовой схемы и вносить погреш­ности в результат измерения. На рисунке θ x — измеряемая темпера­тура, 3 — шкала логометра, градуируемая в К; R доб служит для ограничения тока.

Погрешность за счет самонагрева датчика протекающим по не­му током может быть учтена при градуировке термометра сопро­тивления.

Термометры сопротивлений обладают тепловой инерцией, зави­сящей от условий теплообмена между средой и датчиком. В этом случае возникает динамическая погрешность термометра, обуслов­ленная тем, что при изменении температуры измеряемой среды пе­редача тепла к приемнику (датчику) происходит не мгновенно, а с запаздыванием. Если холодный датчик поместить в среду с темпе­ратурой θср, то его температура будет изменяться по следующему закону:

θд = θср(1 - е- t/τ)(10. 13)

где t — время; τ — постоянная времени термометра сопротивления,

τ = C Д M/KS, (10. 14)

где С Д— удельная теплоемкость датчика; M — масса датчика; К — коэффициент теплопередачи, зависящий от рода среды и скорости потока; S — поверхность соприкосновения датчика со средой.

На рис. 10. 6 показан график запаздывания показаний двух тер­мометров сопротивлений с различными постоянными времени (τ1 и τ2). График дает зависимость изменения показаний прибора от времени при переносе датчика из среды с температурой T = 273 К в среду с некоторой температурой θСР. Если эта зависимость снята экспериментально, то величина постоянной времени может быть определена из графика. Из формулы (10. 13) следует, что при t = τ

θД = θср(1 —1/е) = 0, 63θСР.

Таким образом, отложив на графике значение θд = 0, 63 θορ, мож­но найти соответствующую этому значению величину t=τ. Для это­го необходимо провести горизонтальную линию на расстоянии от оси абсцисс, равном 0, 63 θср; время, соответствующее точкам пересечения этой линии с кривыми I и 2, равно постоянной времени со­ответствующего термометра сопротивления. Из графика следует, что чем меньше постоянная времени τ, тем быстрее температура датчика приближается к установившемуся значению, равному тем­пературе среды.

Из формулы (10. 14) следует, что для уменьшения запаздыва­ния термометра сопротивления его масса M и теплоемкость Сд должны быть как можно мень­ше, а коэффициент теплопере­дачи К и поверхность S — по возможности большими.

Явление самонагрева по­зволяет использовать терморе­зисторы для определения ско­рости газового потока (термо­анемометр), а также для оп­ределения состава газа и др. Рассмотрим некоторые приме­ры использования терморези­сторов для измерения неэлект­рических величин.

Термоанемометр — устрой­ство, служащее для измерения и контроля скорости газовых потоков. Датчик (рис. 10. 7, а) состоит из терморезистора, выпол­ненного из тонкой платиновой нити 1, которая припаяна к двум манганиновым стерженькам 2, последние укреплены в ручке 3 из изолирующего материала. Выводы 4 подключаются в измеритель­ную цепь. Принцип работы термоанемометра основан на том, что при изменении скорости газового потока ν, смывающего платино­вую нить, меняется температура нагрева нити, так как меняется степень ее охлаждения. Это приводит к изменению сопротивления нити. Например, при изменении скорости газового потока от 6 до 3 м/с сопротивление платиновой нити уменьшается примерно от 5, 2 до 4, 3 Ом (см. градуированную кривую на рис. 10. 7, б). Обыч­но платиновая нить включается в мостовую схему, которая дает возможность уменьшить погрешность от изменения температуры движущегося газа.

Вакуумметр с терморезистором представлен на рис. 10. 8, а. Этот прибор служит для измерения глубокого вакуума. Принцип дейст­вия его основан на изменении теплопроводности газа в зависимо­сти от его давления. Ваку­умметр представляет собой стеклянный баллон 1 (или металлическую колбу) с укрепленным внутри него терморезистором 2 (тонкая платиновая или никелевая нить). Терморезистор разо­гревается током, величина которого поддерживается неизменной при помощи рео­стата и амперметра.

К числу достоинств датчиков относятся:

а) большая точность и надежность измерения, так как отсут­ствует трение между нагревателем и терморезисторами;

б) отсутствие сил обратного воздействия на нагреватель;

в) возможность питания нагревателя и терморезисторов как постоянным (U 1), так и переменным током (U 2), что объясняется активным характером этих резисторов.

Такой преобразователь нашел применение в приборах с цифро­вым отсчетом для измерения перемещений.

К недостаткам относятся инерционность и зависимость чувствительности от параметров окружаю­щей среды (температуры, давле­ния, влажности и т. д.).

ГЛАВА XI




Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2015-05-09; Просмотров: 3451; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.017 сек.