3. Описание экспериментальной установки

Стенд предназначен для работы с четырьмя реостат­ными преобразователями углового перемещения. В состав стенда входят делительная головка, линейный преобразователь, нелиней­ный преобразователь, два функциональных преобразователя, ис­точник питания, универсальный цифровой прибор, два магазина сопротивлений. На панели имеется галетный переключатель.

Делительная головка служит для задания углового переме­щения вала, с которым связана движки реостатов. Цифровым при­бором измеряется сопротивление и напряжение на выходе преобразователей в зависимости от угла поворота вала. С помощью ма­газина сопротивления исследуется влияние сопротивления нагруз­ки на нелинейность характеристик преобразователей. Галетный переключатель служит для подключения к прибору соответствующе­го преобразователя при одном и том же значении угла поворота вала. Перед началом работы необходимо прогреть в течение 15 - 20 мин. прибор, а затем откалибровать его.

4. Порядок выполнения работы с четырьмя реостатными преобразователями

1. Измерить полное сопротивление всех четырех реос­татных преобразователей, подключив цифровой прибор к клеммам "Н" и "К" стенда.

2. Снять зависимость выходного сопротивления реостатных преобразователей от углового перемещения. Цифровой прибор соединить с клеммами "Н" и "Д" и при помощи галетного переключателя коммутировать на его вход соответствующий преобразователь. Измерение сопротивления производить через каждые 30° для преобразователей № 1 и № 2 и через 10° для преобра­зователей № 3 и № 4.

3. По данным пункта 2 рассчитать значение построить графики для всех четырех преобразователей и определить нелинейность градуировочной характеристики преоб­разователя № 1, используя формулы (7) и (8).

4. Определить зависимость напряжения на выходе преобразователей, включенных по потенциометрической схеме от углового перемещения. Нагрузкой преобразователей в данном слу­чае является входное сопротивление измерительного прибора. Схема соединений приведена на рабочем месте. Периодичность из­мерений та же, что в пункте 2. Величина напряжения питания В.

5. По данным пункта 4 рассчитать значения и построить графики . Для преобразователя №1 опре­делить нелинейность характеристики по формулам (7) и (9).

6. Для преобразователя № 1 определить зависимость при различных значениях сопротивления нагрузки . Схема со­единений приведена на рабочем месте. Периодичность измерения та же, что в пункте 2. В.

7. По данным пункта 6 рассчитать значение и построить графики для разных значений сопротивление нагрузки. Определить нелинейность характеристик по формулам (7) и (9).

8. Собрать схему с использованием дополнительного сопро­тивления для уменьшения влияния нагрузки (см. рис. 1в и схему на рабочем месте), установить напряжение питания В. Измерить напряжение на преобразователе между клеммами "Н" и "К" и определить зависимость при =50 Ом для реостатного преобразователя № 1.

9. По данным пункта 8 рассчитать значения и построить график , определить его нелинейность по формулам (7) и (9).

10. Построить зависимость нелинейности полученных харак­теристик от величины относительного углового перемещения реостатного преобразователя для зависимостей по пунктам 3,5,7 и 9.

5. Содержание отчета

В отчете по работе должны быть включены таблицы с результатами измерений и расчетов и графики зависимости нелинейнос­ти от перемещения для различных вариантов схем включения пре­образователей.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №22

ТЕРМОРЕЗИСТИВНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

1. Цель и содержание работы

Работа предназначена для ознакомления студентов с проволочными и полупроводниковыми терморезисторами, используемыми в качестве термометров сопротивления.

Содержанием работы является градуировка двух типов термометров сопротивления в диапазоне температур 0 ÷ 100ºС и расчет их основных характеристик.

2. Принцип действия и устройство терморезисторов

Измерение температуры термометрами основано на свойстве электрических проводников менять сопротивление в зависимости от температуры. Зная зависимость R = f(t) можно по величине сопротивления R определить температуру t, до которой нагревает термометр сопротивления.

Основным материалом для чувствительных элементов терморезисторов являются чистые металлы и ряд полупроводников. Большинство химически чистых металлов обладает положительным температурным коэффициентом сопротивления, колеблющимся (в интервале 0 ÷ 100ºС) от 0,35 до 0,68% на 1ºС. Наибольшее распространение для изготовления чувствительных элементов имеют медь, платина и никель.

Зависимость сопротивления металлов от температуры, как правило, не является линейной. Для платины зависимость сопротивления R от температуры t в пределах от 0 до +660ºС выражается уравнением:

, (1)

где - сопротивление при 0ºС.

Для чистой платины: , .

В интервале от 0 до -190 ºС зависимость сопротивления платины от температуры выражается уравнением:

, (2)

где .

Для меди в интервале -50 ÷ (-200) ºС при сопротивлении, соответствующей температуре t, пользуются обычно формулой:

, (3)

где - сопротивление при температуре t₀;

- температурный коэффициент для интервала температур, начинающегося от t₀.

Формула (3) выражает линейную зависимость сопротивления от температуры.

Следует отметить, что сопротивление в формуле (3) должно соответствовать начальной температуре того интервала температур, для которого задано значение .

Действительно, пусть задано для интервала температур от t₀ до t_к (рис.1).

Тогда R = f(t) представляет собой участок прямой АВ между абсциссами 1 и 2.

Для температуры t внутри рассматриваемого участка справедливо:

. (4)

Рис.1. Вид градуировочной характеристики проволочного термометра сопротивления.

Рис.2. Вид градуировочной характеристики полупроводникового термометра сопротивления.

Рис.3. Блок-схема экспериментальной установки.

При сравнении формул (4) и (3) видно, что:

и . (5)

Величина имеет физический смысл, характеризуя чувствительность термометра сопротивления. В самом деле, чувствительность терморезистора представляет собой отношение изменения сопротивления к соответствующему изменению температуры. Если обозначить чувствительность термометра сопротивления через , то

,

В простейшем случае линейной зависимости R = f(t) легко видеть, что

.

Таким образом, чувствительность термометра сопротивления определяется величиной , а также чувствительностью термометрического материала , из которого выполнен его чувствительный элемент.

В качестве чувствительных элементов терморезисторов, благодаря высоким температурным коэффициентам и малым размерам при значительном сопротивлении, все большее применение находят полупроводниковые термосопротивления.

Основной характеристикой термосопротивления считается температурная зависимость, определяемая в рабочем диапазоне температур выражением:

, (6)

где - величина термосопротивления, соответствующая температуре ;

и - постоянные коэффициенты, характеризующие свойства материала и геометрию термосопротивления.

Выражение (6) можно представить в виде:

, (7)

где соответствует .

Согласно определению и выражениям (6) и (7) температурный коэффициент определяется как

. (8)

Следовательно, температурный коэффициент зависит от температуры и характеризует термосопротивление лишь в определенной точке.

Тогда на основании уравнений (7) и (8) можно записать:

, (9)

где и соответствует .

Температурный коэффициент термосопротивления можно определить на основании его температурной характеристики.

Для температур и имеем:

и . (10)

Откуда . (11)

Температурный коэффициент сопротивления определится по формуле:

. (12)

Задача может быть решена и графически. Предположим, что необходимо определить при температуре , что соответствует точке А на кривой R = f(t) (рис.2), тогда

,

Искомая величина температурного коэффициента будет равна:

, (13)

где - масштаб оси ординат, Ом/мм;

- масштаб оси абсцисс, К/мм.

Чувствительность полупроводникового термометра сопротивления при температуре определяется как величина

(14)

или

. (15)