2. Расчет чувствительного элемента датчика

Напряжение питания равно 24 В. Мощность нагревательного элемента постоянна и равна 5 Вт. Скорость воздуха – 5 м/с. Температура среды – 20⁰С. Температура нагревателя при калибровке – 20,05⁰С. Температура нагревателя

Уравнение теплового баланса на нагревателе можно записать в виде:

I – сила электрического тока, проходящего через нагревательный элемент;

Rw – электрическое сопротивление нагревательного элемента;

h – коэффициент теплообмена нагревательного элемента;

Aw – площадь поверхности нагревателя, омываемая подвижной средой;

ΔT=T1–T2 – разница температур нагревателя и среды.

Нагревательный элемент – вольфрам. Т. к. сопротивление нагревательного элемента зависит от температуры, то построим эту зависимость. Будем считать, что она линейна. Удельное электрическое сопротивление при 20 °C – 55·10⁻⁹ Ом·м, при 2700 °C – 904·10⁻⁹ Ом·м.

Рассчитаем сопротивление вольфрама при данных температурах по формуле:

ρ – удельное сопротивление элемента;

l – длина элемента;

S – площадь сечения проводника.

Примем длину проводника равной 1 мм.

Площадь сечения нагревательного элемента рассчитывается по формуле:

Обычно диаметр берут 10 мкм. Такой выберем и мы:

Сопротивление вольфрама при 20⁰С:

Сопротивление вольфрама при 2700⁰С:

Рисунок . График зависимости сопротивления вольфрама от температуры.

Коэффициент теплообмена нагревательного элемента h находится по формуле:

Коэффициенты a, b и c – коэффициенты калибровки (a = 1 Вт/(м²*K), b = 10⁶ кг*K^-1*м^-0.5*с^-2.5, c=0.5).

h = 2,236*10⁶ Вт/(м²*K)

Из уравнения теплового баланса найдём разницу температур нагревателя и среды ΔT:

Зная температуру нагревателя, узнаем и температуру воздуха.

3. Эквивалентная схема чэ.

Эквивалентная схема (схема замещения, эквивалентная схема замещения) – электрическая схема, в которой все реальные элементы заменены максимально близкими по функциональности цепями из идеальных элементов.

В эквивалентных схемах используются перечисленные ниже идеальные элементы.

Предполагается также, что геометрические размеры эквивалентной схемы настолько малы, что какие-либо эффекты длинных линий отсутствуют» то есть эквивалентная схема рассматривается как система с сосредоточенными параметрами.

Резистор. Идеальный резистор характеризуется только сопротивлением. Индуктивность, емкость, а также сопротивление выводов равны нулю.

Конденсатор. Идеальный конденсатор характеризуется только ёмкостью. Индуктивность, утечка, тангенс угла потерь, диэлектрическое поглощение, а также сопротивление выводов равны нулю.

Катушка индуктивности. Идеальная катушка индуктивности характеризуется только индуктивностью. Емкость, сопротивление потерь, а также сопротивление выводов равны нулю.

Источник ЭДС. Идеальный источник ЭДС характеризуется только своим напряжением. Внутреннее сопротивление и сопротивление выводов равны нулю.

Источник тока. Идеальный источник тока характеризуется только своим током. Утечка равна нулю.

Проводники. Элементы эквивалентной схемы соединены идеальными проводниками, то есть индуктивность, емкость и сопротивление проводников равны нулю.

Принципиальная электрическая схема термоанемометра представляет собой четырехплечевой мост.