Лабораторная работа / 3- 1_Лабораторная_Измерительная техника

Федеральное Агентство по образованию РФ

Томский Межвузовский Центр дистанционного образования

Томский государственный университет

систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР)

Кафедра промышленной электроники (ПрЭ)

Лабораторная работа №3

По дисциплине: «Измерительная техника и датчики»

Тема: «Измерение температуры термометрами сопротивления»

(Учебные пособия: «Измерительная техника и датчики»

авторы: В.Ф.Отчалко, Ю.К.Сидоров, В.Е.Эрастов Томск 2004

авторы: В.Ф.Отчалко, Ю.К.Сидоров, В.Е.Эрастов Томск 1999)

Вариант V=(20*05)div100=1

Выполнил:

Студент ТМЦДО

Гр.

Специальность: 210106(200400)

Ф.И.О.

логин

******05

04 апреля 2008г.

Н-ск 2007

Цель работы: Изучение методов построения, принципов работы и характеристик термометров сопротивления с различными видами измерительных преобразователей.

1. Используя пакет «Electronics’ Workbench», реализуем следующую схему:

Произведём следующие установки:

• внутреннее сопротивление источника питания R_i = 0;

• напряжение питания моста U = 1 В.;

• в качестве R₁ используем медный терморезистор с функцией преобразования: ;

• R_0M = 100 Ом. при tº = 0ºC;

• α = 4,2610^-3 1/градус.;

• сопротивление в плечах резистора R₁ = R₂ = R₃ = R₄ = R_0M;

• входное сопротивление усилителя R_вх = 10R_0M;

• сопротивление обратной связи R_oc = 10 кОм;

• коэффициент усиления ;

а). произведём градуировку шкалы термометра в диапазоне температур -200ºС200º через 40ºС. Данные занесём в таблицу_1:

б). построим характеристику преобразования термометра :

- по двум соседним отсчётам, рассчитаем чувствительность термометра в В/ºС:

- максимальное отклонение характеристики преобразования от линейной, наблюдается вблизи минимальных значений температуры.

2. В качестве R₁ используем платиновый резистор, функция преобразования которого:

при tº>0ºC;

при –200ºС<tº<0ºC.

- где R_0П = 100 Ом. начальное сопротивление платинового терморезистора при tº = 0ºC.

Произведём следующие установки:

• внутреннее сопротивление источника питания R_i = 0;

• напряжение питания моста U = 1 В.;

• в качестве R₁ используем платиновый терморезистор;

• А = 3,9078410^-3 1/градус.;

• В = 5,784110^-7 1/градус².;

• С = -4,48210^-12 1/градус⁴.;

• сопротивление в плечах резистора R₁ = R₂ = R₃ = R₄ = R_0П;

• входное сопротивление усилителя R_вх = 10R_0M;

• сопротивление обратной связи R_oc = 10 кОм;

коэффициент усиления ;

а). произведем градуировку шкалы термометра в диапазоне температур –200ºС +1000ºС., причём в диапазоне от –200ºС до +200ºС через каждые 40ºС и в диапазоне от +200ºС до +1000ºС , через 200ºС. Данные занесём в таблицу 2:

б). построим характеристику преобразования термометра :

- по двум соседним отсчётам, рассчитаем чувствительность термометра в В/ºС:

3. В качестве R₁ используем полупроводниковый терморезистор (термистор), функция преобразования которого определяется выражением:

- где T – абсолютная температура, (ºК);

R_0T = 1000 Ом – сопротивление термистора при начальной температуре T₀ = 273ºК.

В = 2714,7843 (ºК) – параметр , имеющий размерность температуры и зависящий от материала и технологии изготовления термистора.

Произведём следующие установки:

• внутреннее сопротивление источника питания R_i = 0;

• напряжение питания моста U = 1 В.;

• в качестве R₁ используем полупроводниковый терморезистор;

• R_0Т = 1000 Ом. при T₀ = 273ºK;

• сопротивление в плечах резистора R₁ = R₂ = R₃ = R₄ = R_0T;

• входное сопротивление усилителя R_вх = 10R_0T;

• сопротивление обратной связи R_oc = 100 кОм;

коэффициент усиления ;

а). Произведём градуировку шкалы термометра в диапазоне температур –100ºС +100ºС через 20ºС. Данные занесём в таблицу 3:

б). построим характеристику преобразования термометра :

- по двум соседним отсчётам, рассчитаем чувствительность термометра в В/ºС:

4. Контрольные вопросы.

4.1. Каковы особенности конструкции использованных в работе типов терморезисторов?

– Металлические терморезисторы изготавливаются обычно из меди или из платины, иногда используют никель. Конструктивно терморезистор представляет собой защитную арматуру из нержавеющей стали, в которую помещают керамическую трубку, содержащую спираль из проволоки. Для электроизоляции и фиксации спирали трубку заполняют порошком безводного оксида алюминия.

Полупроводниковые терморезисторы изготавливают из оксидов различных материалов: меди, кобальта, магния и т.д. размалывают в порошок и спекают в столбики, шайбы, шарики, бусинки. Для защиты от внешней среды покрываю краской, помещают в металлический корпус или запаивают в стекло.

4.2. Каковы их достоинства и недостатки?

Достоинства:

• Достаточно высокая чувствительность, особенно у полупроводниковых терморезисторов.

• Малая инерционность (высокое быстродействие).

• Относительно малые размеры (особенно у термисторов).

• Высокая надежность и малая стоимость.

Недостатки:

• Малые значения начальных сопротивлений у металлических терморезисторов.

• Узкий диапазон рабочих температур для полупроводниковых терморезисторов.

• Плохая воспроизводимость характеристик для полупроводниковых терморезисторов.

4.3. Температурные диапазоны, в которых используются различные виды терморезисторов?

– Медные терморезисторы использую в диапазоне температур от -200 до +200 градусов Цельсия.

– Платиновые терморезисторы использую в диапазоне температур от -260 до +1100 градусов Цельсия. Специальные низкотемпературные, для диапазона температур от -286 до

-183 градусов Цельсия.

– Полупроводниковые терморезисторы используются в диапазоне температур от -60 до +120 градусов Цельсия.

4.4. Какова допустимая величина измерительного тока, протекающего через терморезистор?

– Допустимая величина измерительного тока, протекающего через терморезистор не должна превышать 10-15 мА. При этом изменение его сопротивления за счет нагрева измерительным током будет менее 0,1%.

4.5. В отчете привести результаты сравнительного анализа характеристик применяемых в лабораторной работе терморезисторов.

По результатам проделанной лабораторной работы можно сделать следующие выводы:

В отличие от металлических терморезисторов, полупроводниковые, обладают меньшей чувствительностью. Для медных и платиновых терморезисторов при 0 градусов Цельсия она составляет 0.008 В/ºС, для полупроводниковых 0,08 В/ºС.

В среднем диапазоне температур полупроводниковые терморезисторы имеют практически линейную характеристику преобразования. Однако они имеют более узкий диапазон рабочих температур.