Разработка измерительной части системы регулирования температуры
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
при 0C, ОмУсловное обозначение номинальной статической характеристики преобразованияДиапазон измеряемой температуры, СотдоТСП1 5 10 46 50 100 5001П 5П 10П гр.21 50П 100П 500П-50 -100 -200 -260 -260 -260 -2601100 1100 1000 1000 1000 1000 300ТСМ10 50 53 10010М 50М гр.23 100М-50 -50 -50 -200-200 -200 180 200
ТС с чувствительными элементами из других материалов. В случаях, когда не требуется высокая точность измерения, например для технических целей, чувствительные элементы ТС изготовляются не из дорогой платины, а из других чистых металлов. Для измерения сверхнизких температур чувствительные элменты изготовляются главным образом из сплавов и полупроводников
Для измерения средних температур в качестве материала чувствительного элемента ТС применяются, наряду с платиной, медь, никель, вольфрам, железо . Требования к конструкциям ТС с чувствительными элементами из других материалов аналогичны требованиям, предъявляемым к платиновым чувствительным элементам. При этом необходимо учитывать конкретные физические и химические свойства материалов.
Полупроводниковые ТС. Целесообразно разделить полупроводники, используемые при измерении низких температур, на материалы, обладающие отрицательным ТКС - термисторы; материалы, обладающие положительным ТКС - позисторы. Все полупроводниковые ТС имеют сравнительно небольшой срок применения, поэтому они не вошли в номенклатуру приборов, используемых в метрологии.
Чувствительный элемент полупроводникорого терморезистора - термистора - изготавливается из окислов различных металлов: меди, кобальта, магния, марганца и др. Размолотое в мелкий порошок компоненты прессуются и спекаются в виде столбика, шарика или шайбы. В надлежащих местах напыляются электроды и подпаиваются выводы из медной проволоки. Для предохранения от атмосферных воздействий чувствительный элемент термистора покрывают защитной краской, помещают в герметизирующий металлический корпус или запаивают в стекло. С увеличением температуры сопротивление термисторов уменьшается. Термисторы изготавливаются с номинальным сопротивлением (при 20С) от 1 до 200 кОм.
В зависимости от типа они могут применяться для измерения температур от -100 до 120-600С. Их чувствительность в 6-10 раз больше, чем чувствительность металлического терморезистора. Кроме того, термисторы имеют значительно меньшие массы и размеры. Недостатком термисторов является нелинейность функции преобразования, большой разброс их параметров, а также старение и некоторая нестабильность характеристик.
Термисторы обычно включаются в схему неравновесного или автоматического моста. Приборы имеют индивидуальную градуировку, что обусловлено большим разбросом параметров и характеристик преобразователей.
Термисторы применяются для измерения температуры в тех случаях, когда не требуется высокая точность, но нужно измерить температуру малых объектов, обладающих малой теплоемкостью.
Терморезисторные характеристики полупроводников значительно различаются между собой. Поэтому обобщение их в одном структурном подразделении носит условный характер. Для всех полупроводников характерна высокая чувствительность. ТКС большинства терморезисторных полупроводников на порядок, а для некоторых материалов в экстремальных условиях - на два порядка больше соответствующего среднего значения для металлов.
Термисторные промышленные ТС. Благодаря высокой чувствительности термисторные ТС эффективно применяются для измерения температур в диапазоне от 170 до 570 К.
Позисторные промышленные ТС. Позисторы также относятся к полупроводниковым ТС, но в отличие от термисторов имеют положительный термический ТКС. Чувствительные элементы позисторных ТС изготовляются из сегнетоэлектрических керамик на основе титанатов, цирконатов, глицинатов и т. п., свинца, бария, мышьяка и др. Их ТКС может превышать 10 %/К. Они применяются в сравнительно узком диапазоне температур (от 20 до 100С), причем для каждого типа позистора диапазон измерения еще уже и составляет несколько К. Пока позисторные ТС находят ограниченное применение в системах автоматики и защиты. Превосходные характеристики по мере развития технологии производства должны открыть им широкое применение. Конструктивное оформление позисторных ТС аналогично таковому в термисторах. В диапазоне измеряемой температуры температурная зависимость сопротивления позисторов носит экспоненциальный характер:
Преобразователи сопротивление - напряжение
Для преобразования выходной величины термистора воспользуемся мостовым усилителем (рис. 1). Дифференциальные усилители, включенные в мостовую схему и преобразующие приращение сопротивления в напряжение, называются мостовыми, и относятся к преобразователям сопротивления в напряжение.
Рис. 1 Мостовые усилители с нелинейной (а) и линейной (б,в) амплитудной характеристикой
Различают мостовые усилители с нелинейной и линейной характеристиками. Схема усилителя первого типа показана на рис.6, а. Мостовая схема составлена из резисторов и резистивного датчика , где - приращение сопротивления датчика в результате воздействия контролируемого параметра. В общем случае мост может состоять из комплексных сопротивлений - в зависимости от типа датчика (емкостного, индуктивного или чисто резистивного), а его питание осуществляться от источника как постоянного, так и переменного тока. Выходное напряжение схемы на рис.6, а определяется выражением:
.
Зависимос