Общие теоретические сведения об ИП температуры. 1. Автоматизация измерений, контроля и испытаний : учебное пособие / С.В

 

1. Автоматизация измерений, контроля и испытаний: учебное пособие / С.В. Мищенко, А.Г. Дивин, В.М. Жилкин, С.В. Пономарев, А.Д. Свириденко. – Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2007. – 116 с. – 100 экз. – ISBN 5-8265-0604- 0 (978-5-8265-0604-2).

2. Е. С. Левшина, П. В. Новицкий, Электрические измерения физических величин. Измерительные преобразователи. – М.: Энергоатомиздат, 1983, с. 320.

3. Е. С. Полищук. Измерительные преобразователи. – Киев: Высш. Школа, 1981, с. 293.

4. LabVIEWTM Вводный курс. National Instruments Corporation.

5. Евдокимов Ю. К., Линдваль В. Р., Щербаков Г. И. LabVIEW для радиоинженера: от виртуальной модели до реального прибо­ра. Практическое руководство для работы в программной среде LabVIEW. - М.: ДМК Пресс, 2007. - 400 с.

6. Тревис Дж. LabVIEW для всех / Джеффри Тревис: Пер. с англ. Клушин Н. А. - М.: ДМК Пресс; ПриборКомплект, 2005. - 544 с.: ил.

7. Батоврин В.К., Бессонов А.С., Мошкин В. В., Папуловский В. Ф. LabVlEW: Практикум по основам измерительных технологий: Учебное пособие для вузов. - М.: ДМК Пресс, 2005. - 208 с: ил.

8. Н.А.Виноградова, Я.И.Листратов, Е.В.Свиридов Разработка прикладного программного обеспечения в среде LabVIEW: Учебное пособие – М.: Издательство МЭИ, 2005.

9. Суранов А. Я. LabVIEW 7: Справочник по функциям. - М.: ДМК Пресс, 2005. - 512 с.

 

Задание на лабораторную работу обсуждено и одобрено на заседании кафедры МИИТ.

Протокол № ____ от «____» __________ 200 г.

 

Руководитель занятия

старший преподаватель кафедры МИИТ Конопля В.И.

ЗАДАНИЕ

На лабораторную работу № 1-Vi

по дисциплине «Измерительные преобразователи»

Класс _________________ Дата и время ___________________

Место проведения:

 

Тема: ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ТЕПЛОВЫХ РЕЗИСТИВНЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

Учебные цели:

1. Изучить принцип действия резистивных измерительных преобразователей, их разновидности, свойства.

2. Исследовать характеристики различных ИП и способы их линеаризации

3. Исследовать измерительные схемы включения ИП их особенности, достоинства, недостатки.

4. Получить практические навыки измерения температуры различными ИП, научиться проводить анализ и обработку результатов измерения.

 

Описание лабораторной установки

Лабораторная установка включает в себя в себя рабочий экран виртуального прибора с набором виртуальных измерительных преобразователей и схем включения.

В корпусе вмонтирована камера термостата, который служит для задания определенной температуры в процессе исследования ТП. В термостате находятся три ИП с различными статическими характеристиками.

 

На передней панели макета имеются:

- ручка для задания температуры в термостате;

- индикатор, фиксирует температуру в термостате в ^ОС;

 

Исследованию подлежат следующие типы тепловых измерительных преобразователей:

1. ТСМ 1 (терморезисторный преобразователь медный;

2. ТСП 1 (терморезисторный преобразователь платиновый);

3. Полупроводниковый ТС (термистор).

Общие теоретические сведения об ИП температуры

 

Для измерения температуры применяются разнообразные ИП. Одной из наиболее обширных и распространённых групп являются терморезисторы.

Терморезисторы – это ИП температуры в изменении активного сопротивления. Применяются металлические и полупроводниковые ИП. Металлические терморезисторы обладают положительным температурным коэффициентом сопротивления (ТКС), колеблющимся от 0,35 до 0,7% на один градус изменения температуры. Для изготовления терморезисторов применяются металлы, обладающие высокой стабильностью ТКС, инертностью к воздействию окружающей среды. Это платина, медь, никель. Платиновые терморезисторы используются в диапазоне температур от –200 до +600^О С. Сопротивление платиновых терморезисторов выражается соотношениями:

- в диапазоне от 0⁰С до + 650⁰С: R_t=R₀(1+At+B(t)²);

- в диапазоне от – 200⁰С до 0⁰С: R_t=R₀(1+At+B(t)²+C(t –100)³);

где R₀ – сопротивление при 0⁰ С;

А, В, С – коэффициенты, определяемые свойствами металла.

Медные терморезисторы применяются в диапазоне от – 60 ^ОС до 180 ^ОС. При расчёте сопротивления медных ТП можно пользоваться соотношением:

R_t=R₀(1+ α t), где α - ТКС меди.

Свойства платиновых ТП отличаются высокой стабильностью, они обладают химической инертностью к изменяемой среде. Медные ТП имеют линейную зависимость R_t= f(t), при t свыше 200⁰С медь окисляется.

Промышленные терморезисторы (термометры сопротивления) выпускаются в двух типов: ТСП – термосопротивления платиновые и ТСМ – термосопротивления медные. Никелевые ТП серийно не выпускаются, т.к. характеристика их R= f(t) свыше 100^ОС нелинейная и неоднозначная.

Металлические термометры сопротивлений являются одним из наиболее точных преобразователей температуры. Так, например, платиновые терморезисторы позволяют измерять температуру с погрешностью порядка 0,001 ^ОС.

Конструктивно промышленные термометры сопротивления выпускаются в виде чувствительных элементов, помещённых в защитный корпус. Чувствительный элемент изготавливается в виде спирали из платиновой или медной проволоки, закреплённой на слюдяном или платиновом каркасе.

Полупроводниковые терморезисторы (ПТР) отличаются от металлических меньшими габаритами большими значениями ТКС.

ТКС у ПТР отрицателен, температурная зависимость описывается формулами:

R_t=Ae ^b/T

где Т – абсолютная температура; А, b - коэффициенты, или

где R1 – сопротивление термистора при температуре Т1.

Точность измерения температуры с помощью ПТР может быть достаточно высокой (погрешность порядка 0,01К). С помощью разного типа ПТР можно измерять температуру в диапазоне от –200 ^ОС до1000 ^ОС.

Недостатки ПТР – нелинейность зависимости R_T = f(T) и значительный разброс параметров от образца к образцу (плохая взаимозаменяемость).

Нелинейность характеристики и технологический разброс параметров терморезисторов затрудняет получение линейных шкал термометров. Чтобы улучшить линейность и обеспечить взаимозаменяемость терморезисторов, необходимых при массовом производстве термометров, приходится применять специальные схемы линеаризации и унификации.

Для измерения температуры применяется также другие виды полупроводниковых преобразователей. В частности, термодиоды, термотранзисторы, стабилитроны, работающие в диапазоне от – 80 ^ОС до+150 ^ОС на основе открытых и закрытых p – n переходов. Например, при заданном токе, напряжение на открытом переходе или стабилитроне линейно изменяется с температурой, причём ТКС для открытого p – n перехода отрицателен и составляет 243 мВ/К, а для стабилитрона – положителен и достигает 8 мВ/ К.

Достоинством термодиодов и терморезисторов являются малые габариты, возможность взаимозаменяемости и, главное, дешевизна, позволяющая широко применять их в датчиках.