Схемы включения

Высокое электрическое сопротивление ТР позволяет пренебречь сопротивлением подводящих проводов, контактным сопротивлением и ЭДС, что дает возможность измерять температуру на расстоянии в несколько километров от точки измерения. Во всех случаях использования ТР для измерения температуры необходимо ограничить ток, проходящий через чувствительный элемент, чтобы не допустить изменение его сопротивления из-за самонагревания.

ТР включают в основном в мостовые схемы. Разброс электрических характеристик ТР можно скомпенсировать использованием контуров взаимозаменяемости.

Монтаж терморезисторов

При максимальной допустимой мощности рассеяния температура ТР может достигать 120–180 C и более. В связи с этим их необходимо размещать и соединять с конструктивными элементами датчика (теплоприемником), чтобы не нарушить функционирование объекта измерений (например, тканей живого организма). Для соединения ТР с теплоприемником целесообразно использовать металлические (галлиевые мекладины) клеи 4.

Термисторы выдерживают без механических повреждений и изменения параметров пайку за выводы на расстоянии 10–12 мм от корпуса или в местах, предназначенных для пайки. Можно производить пайку проволочных выводов на расстоянии 5 мм от корпуса, если обеспечить такой теплоотвод, при котором температура ближайшего контактного узла ТР во время пайки не превышала бы максимально допустимую рабочую температуру.

Измерительные схемы

Для измерения температуры датчик нужно подключить к измерительной схеме, на выходе которой формируется напряжение, пропорциональное температуре. Простейшей разновидностью такой схемы является измерительный мост (или мост Уитстона) (рис. 4.4).

Если сопротивление сравнения Rv установить таким образом, что измерительный прибор G будет показывать отсутствие тока, то оказывается справедливым равенство Rv=R_Тh, поскольку верхние параллельные сопротивления равны между собой. Преимущество такого способа измерения заключается в независимости результатов от напряжения питания. Для технических измерений, когда нужно иметь непосредственные показания температуры, сопротивление Rv можно принять постоянным, а показания прибора прокалибровать [3].

В случае измерения напряжения оно получается равным

. (4.6)

При этом нужно использовать высокоомный вольтметр, так как между точками 1 и 2 не должен протекать ток.

Рис. 4.4. Простая измерительная схема (мост Уитстона)

для терморезисторов

Если применяется низкоомный амперметр, то между точками 1 и 2 возникает ток короткого замыкания, определяемый выражением

, (4.7)

где I_S – ток питания.

Практически применимая схема показана на рис.4.5.

Рис. 4.5. Принципиальная схема прибора для измерения температуры

Пример

При измерении температуры воздуха датчиком типа W60/24 применена схема рис. 4.5.

При 0 C имеем R₁ = R₂ = Rv = R_Th =100 Ом.

Коэффициент ЕК для Pt – 100 (W60/24) равен 4 мВт/C.

При необходимости измерения с погрешностью не более 0.25 C через датчик должен протекать измерительный ток, равный лишь

.

Следовательно, ток I_S должен быть равен 6 мА, а соответствующее ему добавочное сопротивление

Сигналы измерительного моста с помощью мостикового усилителя тока преобразуются в напряжение. При этом сопротивления R₃ и R₄ должны быть выполнены в виде 0.1 %-ных металлопленочных 4 резисторов. В зависимости от типа датчика R₃ и R₄ находятся в диапазоне от 1 до 50 кОм. Калибровка измерительной схемы осуществляется с помощью потенциометра R₇ во втором, неинвертирующем каскаде усилителя. Коэффициент усиления этого каскада определяется сопротивлениями R₅, R₆, R₇. При R₅ = R₇ = 1 МОм и R₆ = 100 кОм измерительный сигнал можно усилить еще примерно в десять раз. Резистор R₆ и конденсатор С₁ формируют RC–цепочку для фильтрации и демпфирования сигнала. Типичными параметрами являются R₆ = 10 кОм и С₁=4.7 мкФ.

Настройка схемы осуществляется следующим образом.

1. Определить R^* по заданному ЕК.

2. Впаять R^* и проверить I_S путем измерения падения напряжения на R^*.

3. Погрузить датчик температуры R_Th в ванну с тающим льдом.

4. Регулировочным потенциометром Rv установить напряжение U_А на нуль.

5. Датчик температуры R_Th погрузить в ванну с кипящей водой.

6. Регулировочным потенциометром R₇ установить выходное напряжение U_А на 1 В.

Если чувствительность недостаточна, то сопротивления R₃, R₄ следует увеличить. При слишком высокой чувствительности эти 4 сопротивления следует уменьшить.

В качестве R_Th можно применять любые выпускаемые промышленностью измерительные резисторы типа Pt–100. Наиболее дешевые датчики типа Pt–100 выпускаются в тонкопленочном исполнении. Они состоят из тонкой (0.6 мм) керамической подложки, на которую методом катодного ВЧ–распыления напыляется слой платины толщиной около 2 мкм. В напыленном слое лазером выжигают орнамент в форме меандра и проводят тонкую доводку. Затем методом термокомпрессионной сварки изготовляют контактные выводы. После этого для защиты активного платинового слоя от повреждений его еще раз покрывают керамическим изолирующим слоем толщиной 10 мкм.