Раздел 1. Выбор измерительного преобразователя

Измеряемой величиной является температура. Для её контроля можно использовать генераторный термоэлектрический или параметрический резистивный термочувствительный преобразователь.

Генераторный термоэлектрический преобразователь – это термопара, то есть 2 разнородных проводника, имеющих общую точку – точку спая. При нагревании точки спая на свободных концах возникает термоэдс, уровень которой пропорционален разности температур точки спая и свободных концов. Возникновение термоэдс обусловлено разной энергией выхода свободных носителей заряда в различных металлах.

T₀, °C

1

3

4

T_x, °C

2

Рис. 6. Генераторный термоэлектрический преобразователь; 1 и 2 – разнородные проводники; 3 – точка спая; 4 – измерительный механизм; T_x,°C и T₀, °C – температуры в точке спая и другом конце проводника в градусах цельсия; – термоэдс, зависящая от разности температур в точке спая и конце проводника

Принцип действия параметрического резистивного термочувствительного преобразователя основан на зависимости сопротивления проводника или полупроводника от температуры.

В проводниковых преобразователях (терморезисторах) с ростом температуры сопротивление возрастает по линейному закону:

,

где – сопротивление проводника при температуре T,

– сопротивление проводника при температуре 0°C,

– температурный коэффициент сопротивления,

T – температура в °C.

Изготавливают проводниковые преобразователи в виде проволочных резисторов с бифилярной (двойной) обмоткой, расположенной на изоляционном каркасе. Такая обмотка исключает индуктивность при переменном токе. К обмотке привариваются выводы. Для защиты от агрессивной среды вся конструкция покрывается слоем стекла. Каркас, обычно цилиндрической или прямоугольной формы, изготавливается из материала с малым температурным коэффициентом линейного расширения: слюды, стекла, керамики. Выводы — из меди или серебра. Основное требование к выводам — значительно меньшее их сопротивление в сравнении с обмоткой. В противном случае погрешность из-за сопротивления выводов станет чрезмерно большой.

Рис. 7. Параметрический термочувствительный проводниковый преобразователь; 1 – изоляционный каркас; 2 – бифилярная обмотка; 3 – выводы; 4 – слой стекла

В полупроводниковых преобразователях (термисторах) с увеличением температуры сопротивление уменьшается по экспоненциальному закону:

.

И зготавливают полупроводниковые преобразователи в виде полупроводникового цилиндрического стержня диаметром 3-5 мм с контактными (обычно медными) наконечниками. Для защиты от внешней среды используется защитное покрытие или металлический герметизированный корпус.

Рис. 8. Параметрический термочувствительный проводниковый преобразователь; 1 – прессованный полупроводник; 2 – медные наконечники

Так как в исходных данных требуемая чувствительность задана в , то выходной величиной является сопротивление, преобразуемое в электрический сигнал с помощью внешнего источника питания. Значит, в данной работе можно использовать только параметрический преобразователь. У проводникового преобразователя функция преобразования линейная, поэтому выбираю его.