Лабораторная работа / 3-Лабораторная_Измерительная техника_3
.docМинистерство образования РФ
Томский университет систем управления и радиоэлектроники
Лабораторная работа № 3
по дисциплине
«Измерительная техника и датчики»
Для проведения эксперимента собрать схему термометра представленную на рисунке 1.
Установить величину напряжения питания моста 1 В.
Установить в схеме величину сопротивлений
,
,
.
Рисунок 1.
-
В качестве
использовать медный терморезистор с
функцией преобразования:
,
где
- начальное сопротивление терморезистора
при
;
- температурный коэффициент медного
терморезистора.
-
Установить напряжение питания моста
.
Установить внутреннее сопротивление
источника питания
. -
. -
,
.
Произвести градуировку шкалы термометра в диапазоне температур –200 .. +200 градусов Цельсия через 40 градусов.
По результатам измерений:
-
Построить характеристику преобразования термометра;
-
По двум соседним отсчетам рассчитать чувствительность прибора;
Градуировка шкалы термометра представлена в нижеприведенной таблице.
|
T, град. Цельсия |
-200 |
-160 |
-120 |
-80 |
-40 |
0 |
+40 |
+80 |
+120 |
+160 |
+200 |
|
R1, Ом |
14,8 |
31,84 |
48,88 |
65,92 |
82,96 |
100 |
117,04 |
134,08 |
151,12 |
168,16 |
185,2 |
|
Uвых, В |
3,491 |
2,406 |
1,585 |
0,942 |
0,425 |
0 |
-0,356 |
-0,657 |
-0,917 |
-1,142 |
-1,34 |
Характеристика преобразования термометра представлена на рисунке 2:
Чувствительность прибора:
;
;
.
Рисунок 2.
-
В качестве
использовать платиновый резистор,
функция преобразования которого
определяется выражениями:
,
при
;
,
при
,
где
;
;
.
Установить в схеме величину сопротивлений
,
,
.
Произвести градуировку шкалы термометра в диапазоне температур –200 .. +1000 градусов Цельсия через 40 градусов.
По результатам измерений:
-
Построить характеристику преобразования термометра;
-
По двум соседним отсчетам рассчитать чувствительность прибора.
Градуировка шкалы термометра представлена в нижеприведенной таблице.
|
T, град. Цельсия |
-200 |
-160 |
-120 |
-80 |
-40 |
0 |
+40 |
+80 |
+120 |
+160 |
+200 |
|
|
R1, Ом |
23,08 |
38,48 |
53,77 |
69,06 |
84,46 |
100 |
115,72 |
131,63 |
147,73 |
164,00 |
180,47 |
|
|
Uвых, В |
-2,92 |
-2,06 |
-1,38 |
-0,84 |
-0,38 |
0 |
0,330 |
0,617 |
0,868 |
1,09 |
1,287 |
|
|
T, град. Цельсия |
+240 |
+280 |
+320 |
+360 |
+400 |
+440 |
+480 |
+520 |
+560 |
+600 |
+640 |
|
|
R1, Ом |
197,1 |
213,9 |
230,9 |
248,2 |
265,6 |
283,1 |
300,9 |
318,85 |
336,98 |
355,29 |
373,79 |
|
|
Uвых, В |
1,464 |
1,623 |
1,767 |
1,898 |
2,017 |
2,126 |
2,227 |
2,32 |
2,406 |
2,485 |
2,559 |
|
|
T, град. Цельсия |
+680 |
+720 |
+760 |
+800 |
+840 |
+880 |
+920 |
+960 |
+1000 |
|
||
|
R1, Ом |
392,5 |
411,4 |
430,4 |
449,6 |
469,1 |
488,7 |
508,48 |
528,46 |
548,6 |
|
||
|
Uвых, В |
2,629 |
2,693 |
2,753 |
2,810 |
2,864 |
2,914 |
2,961 |
3,006 |
3,048 |
|
||
Характеристика преобразования термометра представлена на рисунке 3:
Рисунок 3.
Чувствительность прибора:
;
;
.
-
В качестве
использовать полупроводниковый
терморезистор, функция преобразования
которого определяется выражением:
,
где Т – абсолютная температура в
Кельвинах;
,
значение сопротивления при начальной
температуре
;
- параметр, имеющий размерность
температуры и зависящий от материала
и технологии изготовления термистора.
-
Установить напряжение питания моста
.
Установить внутреннее сопротивление
источника питания
. -
. -
,
.
Произвести градуировку шкалы термометра в диапазоне температур –100 .. +100 градусов Цельсия через 20 градусов.
По результатам измерений:
-
Построить характеристику преобразования термометра;
-
По двум соседним отсчетам рассчитать чувствительность прибора.
Градуировка шкалы термометра представлена в нижеприведенной таблице.
|
T, град. Цельсия |
-100 |
-80 |
-60 |
-40 |
-20 |
0 |
+20 |
+40 |
+60 |
+80 |
+100 |
||||||||
|
Т, Кельвин |
173 |
193 |
213 |
233 |
253 |
273 |
293 |
313 |
333 |
353 |
373 |
||||||||
|
R1, Ом |
376323 |
74017 |
19757 |
6616 |
2,634 |
1200 |
608 |
336,7 |
200 |
126 |
83,4 |
||||||||
|
Uвых, В |
-4,32 |
-4,21 |
-3,87 |
-3,1 |
-1,67 |
0 |
1,51 |
2,62 |
3,36 |
3,82 |
4,12 |
||||||||
Характеристика преобразования термометра представлена на рисунке 4.
Рисунок 4.
Чувствительность прибора:
;
;
.
;
.
-
Контрольные вопросы.
Каковы особенности конструкции использованных в работе типов терморезисторов?
Металлические терморезисторы изготавливаются обычно из меди или из платины. Конструктивно терморезистор представляет собой защитную арматуру из нержавеющей стали, в которую помещают керамическую трубку, содержащую спираль из проволоки. Для электроизоляции и фиксации спирали трубку заполняют порошком безводного оксида алюминия.
Полупроводниковые терморезисторы изготавливают из оксидов различных материалов: меди, кобальта, магния и т.д. размалываю в порошок и спекают в столбики, шайбы, шарики, бусинки. Для защиты от внешней среды покрываю краской, помещают в металлический корпус или запаивают в стекло.
Каковы их достоинства и недостатки?
Достоинства:
Достаточно высокая чувствительность, особенно у полупроводниковых терморезисторов.
Малая инерционность (высокое быстродействие).
Относительно малые размеры (особенно у термисторов).
Высокая надежность и малая стоимость.
Недостатки:
Малые значения начальных сопротивлений у металлических терморезисторов.
Узкий диапазон рабочих температур для полупроводниковых терморезисторов.
Плохая воспроизводимость характеристик для полупроводниковых терморезисторов.
Температурные диапазоны, в которых используются различные виды терморезисторов?
Медные терморезисторы использую в диапазоне температур от -200 до +200 градусов Цельсия.
Платиновые терморезисторы использую в диапазоне температур от -260 до +1100 градусов Цельсия. Специальные низкотемпературные для диапазона температур от -286 до -183 градусов Цельсия.
Полупроводниковые терморезисторы используются в диапазоне температур от -60 до +120 градусов Цельсия.
Какова допустимая величина измерительного тока, протекающего через терморезистор?
Допустимая величина измерительного тока, протекающего через терморезистор не должна превышать 10-15 мА. При этом изменение его сопротивления за счет нагрева измерительным током будет менее 0,1%.
В отчете привести результаты сравнительного анализа характеристик применяемых в лабораторной работе терморезисторов.
По результатам проделанной лабораторной работы можно сделать следующие выводы:
В отличие от металлических терморезисторов полупроводниковые обладают большей чувствительностью, примерно в 9 раз. Для медных и платиновых терморезисторов при 0 градусов Цельсия она составляет 0.009, для полупроводниковых 0,079.
В среднем диапазоне температур полупроводниковые терморезисторы имеют практически линейную характеристику преобразования. Однако они имеют менее широкий диапазон рабочих температур.