4. Порядок выполнения лабораторной работы

Построение статической характеристики терморезистора.

1. Установить терморезистор в нагревательный элемент.

2. Установить в нагревательный элемент датчик температуры системы ТРМ200.

3. К терморезистору подключить мультиметр. Включить мультиметр в режим измерения сопротивления.

4. Включить систему ТРМ200. Включить питание нагревательного элемента.

5. Изменяя с помощью блока питания электрическую мощность, подаваемую к нагревателю (изменяя ток и/или напряжения), можно изменять температуру нагрева исследуемого терморезистора. Для каждой температуры можно измерить его сопротивление. По результатам испытаний заполнить таблицу.

Таблица.

Заданная температура внутри нагревателя, 0С	Активное сопротивление терморезистора, Ом
….	….
…..	….

Причем контрольных точек «температура – сопротивление» должно быть не менее 5.

6. Перенести таблицу в файл Microsoft Excel. Формат ячеек данных необходимо сделать числовым, с одним знаком после запятой. С помощью стандартных функций построим диаграмму (точечную диаграмму, на которой значения соединены отрезками) (рисунок 2).

Рисунок 2 – Построение диаграммы

В результате получим график зависимости сопротивления терморезистора от температуры окружающей среды. Пример показан на рисунке 3.

Рисунок 3 – Пример экспериментальной зависимости сопротивления терморезистора от температуры

7. С использованием функции «Добавить линию тренда» и возможностью показать на диаграмме уравнение аппроксимирующей функции можно автоматически получить аналитическое выражение, связывающее показания терморезистора с температурой, т.е. фактически получить математическую модель терморезистора (рисунок 4).

Рисунок 4 – Добавление линии тренда и получение коэффициента передачи терморезистора.

В полученной модели «у» - это сопротивление (выходная величина терморезистора), а «х» - это температура (входная величина терморезистора).

Таким образом, удалось автоматически получить модель терморезистора. Так как исходные данные получены с погрешностями на уровне ±(0,1…0,2)%, то и коэффициенты модели получены с погрешностью ±0,2%. Следовательно, количество знаков после запятой необходимо ограничить. В результате получим: .

Определение коэффициента передачи терморезистора.

1. Как было сказано выше коэффициент передачи это отношение выходной величины к входной, т.е. поделив в модели обе части уравнения на «х» получим коэффициент передачи:

,

где х – значение температуры окружающей среды.

Определение постоянной времени терморезистора.

1. Для проведения эксперимента необходимо собрать электрическую схему, представленную на рисунке 5.

Рисунок 5. – Схема для записи переходного процесса терморезистора

Согласно паспортным данным на терморезистор дТС014-50М.В3.20/0.5 максимальный ток через него не должен превышать величины 5мА. В противном случае электрическая мощность начнет выделяться в виде тепла, терморезистор начнет нагреваться и его показания не будут соответствовать температуре окружающей среды. Поэтому в цепь питания терморезистора необходимо включить ограничительное сопротивление, например, 9КОм. Если напряжение питания задать 10В, то через терморезистор протекает ток (с учетом того, что согласно рисунку 4 в диапазоне температур от 20⁰С до 60⁰С ). Такая величина тока вполне допустима.

Падение напряжения на сопротивлении терморезистора составит . Такую величину падения напряжения вполне можно измерить с погрешностью не хуже 5%.

2. К выходу цепи (рисунок 5) подключим электронный осциллограф PDS6062S. С использованием измерительной функции осциллографа во время эксперимента будем определять среднее значение сигнала цепи (функция «Measure»), т.е. среднее значение падения напряжения на терморезисторе.

3. Для обеспечения ступенчатого изменения температуры воспользуемся электронагревателем, блоком питания и термометром на базе мультиметра M890G.

4. На вход схемы подать напряжение 10В.

5. С использованием щупов подключить вход осциллографа к выходу схемы.

6. Помесить терморезистор и термометр мультиметра в нагреватель. Подать питание на нагреватель.

7. При достижении температуры порядка 60⁰С снизить напряжение на, подаваемой на нагреватель до 5В. Выждать не менее 15 минут. Это позволит обеспечить постоянство температуры внутри нагревателя и стабилизацию падения напряжения на терморезисторе.

8. Вынуть терморезистор из нагревателя, а по экрану осциллографа следить за изменением во времени среднего значением падения напряжения на терморезисторе. В результате измерений заполнить таблицу.

Таблица.

Время, с	Среднее значение падения напряжения на терморезисторе , мВ	Сопротивление терморезистора, Ом
0	…	…
15	…	…
…..

9. Перенести таблицу в файл Microsoft Excel. Формат ячеек данных необходимо сделать числовым. С помощью стандартных функций построим диаграмму (точечную диаграмму, на которой значения соединены отрезками). В результате получим график переходного процесса, например как показан на рисунке 6.

10. По графику переходного процесса и добавленной линии тренда (рисунок 7) видно, что терморезистор можно описать апериодическим звеном первого порядка. Постоянная времени равна 100 секунд.

Рисунок 6 – Вид переходного процесса терморезистора

Рисунок 7 – Аппроксимация переходного процесса терморезистора и определение его постоянной времени