Сведения, необходимые для выполнения работы
Работа 4.1. Терморезисторные измерительные преобразователи. Измерение температуры
Цель работы
Ознакомление с устройством и применением терморезисторных измерительных преобразователей (термисторов), изучение их функций преобразования, измерение температуры при помощи термистора и знакомство с современными средствами сбора и обработки экспериментальных данных.
Сведения, необходимые для выполнения работы
Повторите вопросы обработки и представления результатов прямых и косвенных
измерений и используя рекомендованную литературу [4,16-20], настоящее описание и приложение 1 к практикуму ознакомьтесь со следующими вопросами
· Основные характеристики измерительных преобразователей.
· Принцип действия, устройство и характеристики терморезисторных преобразователей.
· Методы измерения сопротивления.
· Причины возникновения и способы исключения или учета погрешностей при измерении сопротивления.
· Схемы включения и измерительные цепи терморезисторных преобразователей.
· Устройства и характеристики средств измерений, используемых при выполнении данной работы.
Терморезистором называется параметрический измерительный преобразователь, активное сопротивление которого изменяется при изменении температуры.
Терморезисторные преобразователи бывают металлические и полупроводниковые. Последние называются термисторами.
Чувствительным элементом металлического термистора является тонкая медная или платиновая проволока. Проволока бифилярно наматывается на каркас из изоляционного и теплостойкого материала. Чувствительный элемент помещается в металлическую защитную гильзу (трубку с запаянным концом). Для подключения преобразователя к соответствующему вторичному прибору имеются специальные зажимы.
Измерители температуры с терморезисторами называются термометрами сопротивления. Платиновые терморезисторы используются для измерения температуры в диапазоне от -200 °С до 650 °С, медные - в диапазоне от -50 °С до 180 °С. Функции преобразования медных и платиновых терморезисторов стандартизированы и задаются градировочной таблицей. Сопротивление терморезисторов при 0°С равно 10, 50 или 100 Ом, что отражается в обозначении терморезисторов, и именно: ТСМ10, ТСМ50 и ТСМ100. Медные терморезисторы дешевы и имеют почти линейную зависимость сопротивления Rt от температуры t, выражаемую формулой
(4.1.1)
где Ro - сопротивление преобразователя при 0°С, а- температурный коэффициент, равный
Термисторы представляют собой композиции различных окислов металлов, имеющих большое удельное сопротивление, которое сильно зависит от температуры. Композиция окислов запекаётся в виде бусинки, шарика или стержня, к ним привариваются выводные провода. Для предохранения от атмосферного влияния бусинки или стержни покрываются краской или помещаются в металлический корпус.
Термисторы изготавливаются с номинальным сопротивлением (при 20 °С) от 1 до 200 кОм. В зависимости от типа они могут применятся для измерения температуры от -100 °С до 120-600 °С. Их чувствительность в 6-10 раз больше, чем у металлических терморезисторов. Функция преобразования - зависимость сопротивления термистора Rt от его температуры Т°К - может быть выражена формулой
(4.1.2)
Коэффициенты А и В- постоянные величины, зависящие от материала термистора и технологии его изготовления.
Термисторы имеют малые габариты, вес и теплоемкость, вследствие этого они могут использоваться для измерения температуры объектов, имеющих малые
размеры и малую теплоемкость. Малая теплоемкость обусловливает их малую инерционность.
Недостатком термисторов являются нелинейность функции преобразования и большой разброс параметров А и В. Поэтому приборы с термисторами приходится градуировать индивидуально.
Недостатком термисторов являются также изменение во времени (старение) и некоторая нестабильность электрических характеристик, однако после старения которое обычно длится 2-4 месяца, дальнейшее изменение сопротивления происходит медленно и не превышает 0,2% в год.