22. Измерение температуры на основе терморезиторов.

Терморезисторы относятся к категории полупроводниковых приборов и широко используются в электротехнике. Для их изготовления применяются специальные полупроводниковые материалы, имеющие значительный отрицательный температурный коэффициент. Если в целом рассматривать терморезисторы, принцип работы этих устройств заключается в том, что электрическое сопротивление данных проводников, полностью зависит от температуры. В данном случае, учитываются формы и размеры терморезистора, а также, физические свойства полупроводника. Отрицательный температурный коэффициент в несколько раз превышает такой же показатель для металлов.

 

Устройство и действие терморезисторов

 

Наиболее распространенные терморезисторы изготавливаются в виде полупроводникового стержня, покрытого эмалевой краской. К нему подводятся выводы и контактные колпачки, использующиеся только в сухой среде. Отдельные конструкции терморезисторов помещаются в герметичном металлическом корпусе. Они могут свободно применяться в помещениях с любой влажностью и легко переносят влияние агрессивной среды.

Герметичность конструкции обеспечивается с помощью стекла и олова. Стержни в таких терморезисторах оборачиваются металлической фольгой, а для токоотвода используется никелевая проволока. Номинальные значения терморезисторов находятся в диапазоне от 1 до 200 кОм, а их температурный диапазон находится в пределах от -100 до +129 градусов.

 

В работе терморезисторов применено свойство проводников, изменять значениесопротивления в зависимости от температуры. Для этих приборов применяются металлы в чистом виде, чаще всего, платина и медь.

 

Использование терморезисторов

Многие конструкции терморезисторов применяются в приборах, контролирующих и регулирующих температуру. У них имеется источник тока, чувствительный элемент и измерительный уравновешенный мост. В уравновешенное состояние мост приводится путем перемещения движка реостата. В результате, реостатная величина находится в пропорции с измеряемым сопротивлением, которое полностью зависит от температуры.

 

 

Кроме уравновешенных измерительных мостов, применяется неуравновешенный вариант, у который обладает повышенной надежностью. Однако, у такого прибора, точность измерений значительно ниже, поскольку на него влияют колебания напряжения в источнике тока. Например, термометр сопротивления на основе платины, позволяет измерять температуру в пределах от -10 до +120 градусов. Относительная влажность может доходить до 98%.

23.Измерение температуры на основе термопар :конструкция датчиков ,схема, принципы работы, области приминения.

Термопары. Приборы и преобразователи на основе термопар широко распространены. Компактные цифровые термометры на основе термопар являются в настоящее время основным и самым массовым инструментом в температурных измерениях.

Выходной сигнал термопары - постоянное напряжение - довольно легко может быть преобразован в цифровой код или измерен простыми средствами (например, малогабаритным цифровым мультиметром). Термопары могут быть подключены для дальнейшего преобразования к различным вторичным измерительным преобразователям (приборам) как аналоговым, так и цифровым, для статических и динамических измерений.

Диапазон температур, измеряемых с помощью ТП, довольно широк: от -200 до +2000 °С. Измерители на основе ТП отличаются высокой точностью и чувствительностью, хорошей повторяемостью характеристики преобразования. Обычный диапазон выходных напряжений составляет 0...50 мВ (в зависимости от используемых в ТП материалов), типичный температурный коэффициент преобразования (чувствительность ТП) лежит в диапазоне 10...50 мкВ/°С.

В основе ТП лежит термоэлектрический эффект, суть которого заключается в следующем. Если два проводника из различных металлов (сплавов) соединены в замкнутую цепь, причем температура одного соединения (спая) заметно отличается от температуры другого, то возникает термоЭДС ЕT (и в замкнутой цепи будет протекать ток), значение которой зависит от разности температур спаев и характеристик материалов проводников. Если в разрыв свободных концов включен измеритель ЭДС или вольтметр V, то его показания будут определяться разницей температур (θ1 - θ2)

ЕT = ST(θ1 - θ2),

где ST - чувствительность ТП (коэффициент преобразования); θ1, - температура рабочего (так называемого «горячего») спая; θ2 - температура свободных (так называемых «холодных») концов.

Для обеспечения однозначной зависимости термоЭДС от температуры θ1 необходимо поддерживать постоянной и известной температуру θ2. Обычно это 0 или +20 °С. Таким образом, зная значение ST и измерив значение термоЭДС термопары, можно определить температуру θ1. Конечно, для работы в широких температурных диапазонах необходимо пользоваться более точными выражениями - полиномиальными аппроксимациями нелинейной зависимости ЕT от разности температур. В современных цифровых термометрах применяется автоматическая линеаризация храктеристик преобразования ТП.

Рис. 19.3. Термоэлектрические преобразователи (термопары):

а - возникновение термоЭДС; 6 - термобатарея; в - дифференциальная термопара; θ1 - температура рабочего спая; θ2 - температура свободных концов; V - измеритель ЭДС или напряжения

В настоящее время, как правило, вместо методов и средств поддержания постоянства значения θ2 применяются способы и устройства автоматической компенсации влияния температуры окружающей среды на свободные концы ТП.

Для повышения чувствительности таких термометров иногда объединяют последовательно несколько термопар в термобатарею (рис. 19.3, б). При этом рабочие концы всех термопар находятся при температуре исследуемого объекта θ1 а свободные - при постоянной (или известной) температуре θ2. Суммарная выходная термоЭДС, естественно, будет равна сумме термоЭДС отдельных ТП.

Для нахождения разности температур двух объектов применяются так называемые дифференциальные термопары, которые состоят из двух встречно включенных ТП (рис. 19.3, в). Рабочие концы ТП имеют разную температуру (θА и θБ), а свободные - одинаковую θ2. В результате выходное напряжение пропорционально разности температур