Главная Случайная страница Контакты | Мы поможем в написании вашей работы! | ||
|
Цель работы: ознакомиться со схемой термометра и методом измерения электрического сопротивления терморезистора с помощью моста постоянного тока, а также с факторами, влияющими на точность измерения.
Общие положения
Схема электрического термометра на базе моста постоянного тока приведена на рисунке 5.1. Основным элементом схемы электрического термометра является мост постоянного тока, в плечи которого включены постоянные резисторы R1,R3, регулировочный R2 и терморезистор Rx. Питание осуществляется от источника питания Е и подается на одну из диагоналей моста. С другой диагонали снимается выходное напряжение, измеряемое вольтметром V. Из теории электротехники вытекает, что выходное напряжение моста равно
(5.1)
Очевидно, что Uвых = 0, при условии
. (5.2)
Это условие называется балансом моста.
Рисунок 5.1 – Схема электрического термометра
В качестве Rx устанавливается терморезистор, а с помощью регулировочного резистора R2 настраивается баланс моста по нулевому показанию вольтметра, например, при комнатной температуре. Если терморезистор поместить в исследуемую среду, то последует изменение величины сопротивления терморезистора Rx и, соответственно, наступает дисбаланс моста, т.е. вольтметр на выходе покажет напряжение пропорциональное измеряемой температуре.
Тогда из (5.2) следует, что
(5.3)
Обычно в приборах на мостовых схемах R2 = R3 = R и k = 1.
Тогда формула (5.1) примет вид
(5.4)
Отсюда, измеряемое сопротивление равно
(5.5)
Мостовая схема является дифференциальной, следовательно, в ней компенсируются аддитивные погрешности (числитель формулы 5.1). Если напряжение питания моста Е не стабилизировано, то при его вариациях возможна мультипликативная погрешность. Для ее исключения используется компенсационный метод измерения выходного напряжения моста.
Терморезистором называется измерительный преобразователь, активное сопротивление которого изменяется при изменении температуры. В качестве терморезистора может использоваться металлический или полупроводниковый резистор. Датчики температуры с терморезисторами называются термометрами сопротивления.
Имеются два вида терморезисторов: металлические и полупроводниковые. Как известно, сопротивление металлов увеличивается с увеличением температуры. Для изготовления металлических терморезисторов обычно применяются медь или платина.
Функция преобразования медного терморезистора линейна:
, (5.6)
где Ro — сопротивление при 0 °С;
α = 1,17 оС-1 — температурный коэффициент меди.
Сопротивление терморезистора зависит не только от температуры окружающей среды, но и от проходящего по нему тока. Перегрев медного термометра током не должен превышать 0,4 °С, а платинового - 0,2°С. Для этого ток не должен превосходить 10-15 мА.
Полупроводниковый терморезистор - термистор - изготавливается из окислов различных металлов: меди, кобальта, магния, марганца и др. С увеличением температуры сопротивление термисторов уменьшается. Их функцию преобразования обычно аппроксимируют выражением
, (5.7)
где Rt - сопротивление термистора при температуре Т в Кельвинах;
А и В - постоянные, зависящие от материала и технологии.
В зависимости от типа они могут применяться для измерения температур от -100 до +120-600 °С. Их чувствительность в 6-10 раз больше, чем чувствительность металлического терморезистора. Кроме того, термисторы имеют значительно меньшие массы и размеры (диаметр от 0,006 до 2,5 мм).
Термисторы применяются для измерения температуры в тех случаях, когда не требуется высокая точность, но нужно измерить температуру малых объектов, обладающих малой теплоемкостью. Они широко используются, например, в биологии. С помощью термистора, смонтированного на острие иглы, можно измерить температуру внутренних органов живого организма. Широкое применение термисторы находят в различных приборах для температурной коррекции характеристик приборов.
Недостатком термисторов является нелинейность функции преобразования, большой разброс их параметров, а также старение и некоторая нестабильность характеристик. В течение первой недели их сопротивление может измениться на 1-1,5%. В дальнейшем изменение сопротивления термистора происходит медленнее, не превышая 0,2% в год.
В менее ответственных случаях для измерения температуры используются мосты с ручным уравновешиванием, в производственных условиях — автоматические. Упрощенная схема автоматического моста показана на рисунке 5.2.
Рисунок 5.2 – Схема автоматического моста для измерения температуры
Измерительная цепь представляет собой мост, состоящий из манганиновых резисторов R1-R3 и терморезистора Rt. Если мост не уравновешен, напряжение измерительной диагонали усиливается и подается на реверсивный двигатель РД. Вал двигателя через редуктор соединен с движком реохорда Rр и перемещает его так, чтобы напряжение разбаланса уменьшалось.
Терморезистор подключается к мосту с помощью двух или трехпроводного кабеля. Двухпроводный кабель включается последовательно с термометром в одно плечо, что вносит погрешность в измерение. При трехпроводной схеме (см. рисунок 5.2) по одной жиле кабеля к термометру подводится напряжение питания Е, а терморезистор подсоединяется в смежные плечи моста. Одинаковые изменения их сопротивлений практически не разбалансируют мост. Таким образом, исключается погрешность, которая могла бы быть при изменении температуры кабеля.
Дата публикования: 2015-07-22; Прочитано: 1308 | Нарушение авторского права страницы | Мы поможем в написании вашей работы!