Исследование характеристик термометра сопротивлений
1.Цель работы - ознакомиться с устройством и принципом действия термометра сопротивлений, изучить методику градуировки технического термометра сопротивлений.
2.Устройство и работа технических термометров сопротивления
Терморезистором называется устройство, содержащее проводник или полупроводник, электрическое сопротивление которого сильно меняется с изменением температуры окружающей среды. В технике широко применяются терморезисторы с теплочувствительным элементом в виде проводника. Материалом для проводника используют медь, никель и платину. Такие терморезисторы получили название термометров сопротивления. Последние широко применяются в приборах для измерения температуры воздуха, воды и масла.
Термометр сопротивления представляет собой тонкую медную, никелевую или платиновую проволоку, намотанную на слюдяной или керамический каркас, который затем для защиты от механических повреждений помещают в металлический корпус. При изменении температуры окружающей среды изменяется сопротивление термометра:
RT = R0[1+ a(t - t0)], (2.1)
где RT - сопротивление термометра при температуре t, Ом; R0 - начальное сопротивление термометра при температуре t0, Ом; α - температурный коэффициент сопротивления, 1/°С; t – температура в момент измерения, °С; t0 – начальная температура термометра, °С.
С помощью термометров сопротивления можно измерять температуру от -250 до +650 °С.
Градуировочная таблица для платинового термометра сопротивлений представлена в табл. 2.1.
На рис. 2.1 приведены характеристики двух термометров сопротивления - платинового (ТСП) и медного (ТСМ), которые имеют почти линейную зависимость электрического сопротивления от температуры.
 | Рис. 2.1. Градуировочные кривые термометров сопротивления |
Основным недостатком рассмотренных термометров является их относительно большая тепловая инерционность.
В автоматике также широко применяются терморезисторы с теплочувствительным элементом в виде полупроводника. Такие терморезисторы называются термисторами.
Таблица 2.1
Стандартная градуировочная таблица для платинового термометра сопротивления гр. 22 (R = 100,00 Ом)
| Температура ТС, °С | Сопротивление, Ом | Температура ТС, °С | Сопротивление, Ом | Температура ТС, °С | Сопротивление, Ом |
| -200 | 17,28 | 139,10 | 228,17 | ||
| -190 | 21,65 | 142,95 | 231,73 | ||
| -180 | 25,98 | 146,78 | 235,29 | ||
| -160 | 34,56 | 150,60 | 238,83 | ||
| -140 | 43,02 | 154,41 | 242,36 | ||
| -120 | 51,38 | 158,21 | 249,38 | ||
| -100 | 59,65 | 162,00 | 256,36 | ||
| -80 | 67,94 | 165,78 | 263,29 | ||
| -60 | 75,96 | 169,54 | 270,18 | ||
| -50 | 80,00 | 173,29 | 277,01 | ||
| -40 | 84,03 | 177,03 | 283,80 | ||
| -30 | 88,04 | 180,76 | 290,55 | ||
| -20 | 92,04 | 184,48 | 297,25 | ||
| -10 | 96,03 | 188,18 | 303,90 | ||
| 100,00 | 191,88 | 310,50 | |||
| 103,96 | 195,56 | 317,06 | |||
| 107,91 | 199,23 | 323,57 | |||
| 111,85 | 202,89 | 330,03 | |||
| 115,78 | 206,53 | 333,25 | |||
| 119,70 | 210,17 | — | — | ||
| 123,60 | 213,79 | — | — | ||
| 127,49 | 217,40 | — | — | ||
| 131,37 | 221,00 | — | — | ||
| 135,24 | 224,59 | — | — |
Термисторы изготовляются из полупроводникового материала. В качестве материала используется смесь окислов нескольких металлов (никеля, титана, марганца, кобальта и др.), а также соединения металлов с углеродом, азотом и пр.
Термисторы имеют большой отрицательный коэффициент сопротивления. При увеличении температуры их сопротивление уменьшается, тогда как у проволочных термометров сопротивления, наоборот, сопротивление увеличивается.
Термистор конструктивно представляет собой шарик, диск или трубку из полупроводникового материала с металлическими выводами. Чтобы защитить термистор от действия влаги, его покрывают слоем лака, а иногда помещают в закрытый стеклянный баллон. Следует отметить, что сопротивление термистора уменьшается с ростом его температуры по закону экспоненты. При измерении температуры термисторы имеют ряд преимуществ перед металлическими термометрами сопротивления: высокое удельное электрическое сопротивление, благодаря чему термистор можно сделать очень маленьким; большое значение температурного коэффициента сопротивления полупроводника; высокая чувствительность.
К недостаткам термисторов следует отнести: нелинейность и нестабильность характеристики, разброс характеристик.
3. Описание лабораторной установки
Исследование характеристик термопары и термометра сопротивлений в комплекте с учебным стендом, проводится по схеме, показанной на рис. 2.1.
Теплотехническим объектом лабораторной установки является тепловой фен «Vitec Professional Stile».
Приборная часть лабораторной установки состоит (Рис 2.1) из хромель-копелевой термопары, термометра сопротивлений и учебного стенда, подлежащих лабораторному исследованию.
 | Рис. 2.1. Схема установки для исследования характеристик термометра сопротивлений: 1 – ПЭВМ; 2 – контроллер; 3 – вольтметр универсальный цифровой В7-38; 4 – термопара хромель-копелевая; 5 – термоизолированный контейнер; 6 – бытовой фен «Vitec Professional Stile» |
К измерительному оборудованию лабораторной установки относятся цифровой индикатор температуры на тепловом фене «Vitec Professional Stile», вольтметр универсальный цифровой В7-38.
Задействованные в схеме устройства автоматики и приборы позволяют осуществить градуировку термометра сопротивлений ТП2, поверку термометра сопротивлений ТП2 в комплекте с лабораторной установкой.
4. Градуировка термометра сопротивлений ТП2
Термометр сопротивлений градуируется по данным, получаемым с помощью теплового фена «Vitec Professional Stile».
4.1. Подключить термометр сопротивлений ТП2 к клеммам Y1, Y2, Y3, Y4 модуля контроллера, как показано на рис. 2.2.
 | Рис. 2.2. Схема подключения термометра сопротивлений ТП2 к модулю контроллера |
На рис. 2.3 представлено расположение элементов на модуле контроллера.
 |
| Рис. 2.3. Расположение элементов на модуле контроллера |
Элементы модуля контроллера учебного стенда:
Y1...Y41 - клеммы для подключения термосопротивлений. Назначения клемм приведены в табл. 2.2.
Ethernet1, Ethernet2 - клеммы интерфейсов Ethernet.
Power 24 - разъем питания 24 В.
Fuse - предохранительная вставка.
Reset - кнопка сброса модуля.
JCfg - перемычки для задания режима работы модуля. Для режима установки IP адреса перемкнуть контакты с номером 0.
1, 2 - Link10 - светодиодные индикаторы наличия связи по Ethernet на скорости 10 Mbit/s для 1-го и 2-го канала, соответственно.
1, 2-Link100 - светодиодные индикаторы наличия связи по Ethernet на скорости 100 Mbit/s для 1-го и 2-го канала, соответственно.
MAC1 - адрес MAC 1-го физического канала Ethernet.
MAC2 - адрес MAC 2-го физического канала Ethernet.
BDM - служебный разъем для программирования и отладки.
4.2. Включить питание учебного стенда:
- включить персональный компьютер;
- включить выключатель двуполюсный автоматический в шкафу с оборудованием.
4.3. После загрузки операционной системы, включить контроллер, выполненный на базе промышленного компьютера Advantech ARK-3382 (кнопка на правой стороне контроллера).
4.4. На ПВЭМ открыть «My computer», открыть диск «USER (D:)», открыть папку «Учебный стенд_1», запустить программу «npts.exe».
4.5. На тепловом фене «Vitec Professional Stile» установить первое задание регулируемой температуры 40 °С.
4.6. Наблюдать за изменение температуры термометра сопротивлений ТП1, отображаемым программой «npts.exe».
4.7. Измерить электрическое сопротивление термометра сопротивления ТС1, когда температура на выходе теплового фена достигнет заданного значения.
На универсальном вольтметре В7-38 переключатель рода работ установить в положение «кО». Со шкалы прибора считать значение электрического сопротивления.