Генераторные датчики

1. Пьезодатчик – работает на принципе пьезоэффекта, заключающегося в том, что при растяжении или сжатии пластинок, изготовленных из определенных материалов (пьезокристаллов), на их гранях появляется разность потенциалов, величина которой пропорциональна действующей силе.

,

d – коэффициент пропорциональности между величиной заряда q и приложенной силыF.

C – емкость конденсатора.

2. Термодатчики– устройства, преобразующие изменение тепловой энергии в электрический сигнал. К ним относятся термопары, для которых разность потенциалов, возникающая на концах спаев пропорциональна разности температур:, гдеk– постоянная термопары.

3. Индукционные датчики– преобразователи, в которых механические перемещения постоянного магнита, расположенного между двумя неподвижными катушками (или, наоборот, перемещение катушек по отношению к магниту) вызывает в них индукционный ток, колебания которого отражают характер колебания магнита под действием механической величины.

,

- скорость изменения магнитного потока,

k– коэффициент пропорциональности.

Характеристики датчиков

1. функциональная зависимость выходной величины «у» от входной «х», т.е.у=f(х);

2. чувствительность датчика (отношение изменения сигналана выходе преобразователя к вызываемому его изменению измеряемой величины);

3. диапазон (х₁их₂) входных величин, измерение которых производится без заметных искажений.

4. время реакции – минимальное время, в течение которого происходит установка выходной величины на уровень, соответствующий уровню входной величины.

5. частотная характеристика у=f(ν)при постоянном уровне входной величиныx=const.

В данной работе рассматривается термоэлектрический датчик (полупроводник), у которого сопротивление зависит от температуры, т.е. R=f(t).

Измерение сопротивления полупроводника производят методом моста Уинстона, принципиальная схема которого приведена на рис.1

Условие равновесия моста Уитстона

Мост находится в равновесии, если I_ВД = 0(рис. 2), тогда по закону Ома:

т.е. _В = _Д.

Следовательно:

_А –_В =_{А –}_Д (т.к._В = _Д)

и _В –_С = _Д –_С

Или можно записать, что

U_АВ=U_АД иU_ВС=U_ДС

Т.к. I_ВД = 0, тоI_АВ = I_ВС = I₁(обозначим какI₁) и I_АД = I_ДС = I₂(обозначим какI₂).

Из закона Ома условие равенства напряжений (U_АВ=U_АД иU_ВС=U_ДС)можно записать в следующем виде:

I₁ R_АВ = I₂  R_АД

I₁ R_ВС = I₂  R_ДС

После почленного деления получаем:

или .

Т.е. формула - используется в данной работе для нахождения.

Порядок выполнения работы

Упражнение 1.Градуировка полупроводникового терморезистора (термистора).

Измерение сопротивления термистора производится с помощью мостовой схемы (рис. 2), в которой нижние плечи моста сопротивлениемR₂иR₃ изготовлены в виде реохорда – однородной проволокиАС постоянного сечения со скользящим по ней контактомД. Поэтому отношение сопротивленийR_АД/R_ДС в данном случае равно просто отношению длин участковАДиДСпроволоки:.

При измерении R_X передвижением контактаДдобиваются отсутствия тока в гальванометреГ, тогда:.

где R₁ – известное сопротивление. Полностью установка для градуировки термистора изображена на рис. 3.

Рисунок 3. Установка для градуировки термистора

1. Собрать установку согласно рис. 3.

2. Налить в сосуд воды на ¾ объема, поставить его на электроплитку и поместить в него термистор, находящийся внутри защитного футляра, и термометр, закрепленный на штативе.

3.После проверки установки преподавателем включить макет в сеть.

4.При выполнении работы необходимо устанавливать ручкой движка Дгальванометр на нуль при указанных температурах и отсчитывать значенияl₂иl₃ по шкале реохорда, гдеl₂ – число делений шкалы от 0 до движкаД, аl₃– от движка до конца шкалы.

5. По формуле R_X = R₁ (l₂/l₃) рассчитать сопротивление термистораR_X для указанных температур.

6 . Включить электроплитку в сеть, и, нагревая воду, определить значение l₂,l₃и сопротивлениеR_Xтермистора через каждые 10С согласно пунктам 4 и 5.

7. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу 1:

Таблица 1

Результаты измерений и вычислений

№ n/n	TС	l2 / l3	R1, кОм	RX, кОм
1	20
2	30
3	40
4	50
5	60
6	70

8. Выключить из сети электроплитку и макет.

9. По полученным в ходе эксперимента данным построить график зависимости R_X = (tС)

Рисунок 4. График зависимости сопротивления термистора

от температуры

10. По формуле: Z_T = R_X /t(кОм/град) найти 2 значения чувствительностиZ_Tтермистора в начале и конце графика (см. график). Сравнить полученные значения и объяснить физическую природу их различия.