Лабораторные работы / теммп

2.3 Датчик температуры CO-3M-01

В качестве датчика температуры возьмем терморезистор.Терморезисторы относятся к параметрическим датчикам температу­ры, поскольку их активное сопротивление зависит от температуры. Терморезисторы называют также термометрами сопротивления или термосопротивлениями. Они применяются для измерения темпера­туры в широком диапазоне от -270 до 1600 °С.

Если терморезистор нагревать проходящим через него электри­ческим током, то его температура будет зависеть от интенсивности теплообмена с окружающей средой. Так как интенсивность тепло­обмена зависит от физических свойств газовой или жидкой среды (например, от теплопроводности, плотности, вязкости), в которой находится терморезистор, от скорости перемещения терморезистора относительно газовой или жидкой среды, то терморезисторы ис­пользуются и в приборах для измерения таких неэлектрических ве­личин, как скорость, расход, плотность и др.

Различают металлические и полупроводниковые терморезисто­ры. Металлические терморезисторы изготовляют из чистых метал­лов: меди, платины, никеля, железа, реже из молибдена и вольфра­ма. Для большинства чистых металлов температурный коэффициент электрического сопротивления составляет примерно (4—6,5) • 10~³ 1/°С, т. е. при увеличении температуры на 1 °С сопротивление ме­таллического терморезистора увеличивается на 0,4—0,65 %. Наи­большее распространение получили медные и платиновые терморе­зисторы

Исходя из технического задания в качестве датчика температуры принимаем прибор контроля и автоматического управления системой сигнализации обледенения CO-3M-01

Основные технические характеристики:

Напряжение питания	переменное 220 +/- 20 В
Измеряемый диапазон обледенения	0 - 200 ед. (%)
Измеряемый диапазон температуры	-50 / +99 град. С.
Точность измерения температуры	+/- 1 град. С.
Точность хода внутренних часов	+/- 0,2 сек. в сутки
Режим связи с персональным компьютером	последовательный интерфейс RS232
Скорость обмена	1200 бод.- 9600 бод.
Отображаемая информация	2 строки по 16 символов
Время сканирования (рабочий цикл измерения)	50-80 сек.
Время реакции на аварийную ситуацию	2-5 сек
Объем памяти событий	более 2000 событий
Рабочий диапазон температуры эксплуатации прибора	+10 ... +45 град. С.
Рабочий диапазон температуры эксплуатации первичного датчика	- 55 ...+55 град. С.

Произведем расчет чувствительности датчика, для нахождения его передаточной функции..

Сопротивление металлического проводника R зависит от температуры:

(4)

где С — постоянный коэффициент, зависящий от материала и кон­структивных размеров проводника;

а — температурный коэффици­ент сопротивления;

е — основание натуральных логарифмов.

Абсолютная температура (К) связана с температурой в градусах Цельсия соотношением

Т К= 273 + Т °С. (5)

Определим относительное изменение сопротивления проводни­ка при его нагреве. Пусть сначала проводник находился при началь­ной температуре Т₀ и имел сопротивление R₀.При нагреве до температуры Т его сопротивление R_T= Се^αT. Возьмем отношение R_T и R₀:

(6)

Известно, что функцию вида е* можно разложить в степен­ной ряд:

(7)

Для нашего случая х =α(Т-T₀). Так как величина а для меди сравнительно мала и в диапазоне температур до +150 °С может быть принята постоянной

α = 4,3 • 10 ^-3 1/°С, то и произведение α(Т-T₀) в этом диапазоне температур меньше единицы. Поэтому не будет бо­льшой ошибкой пренебречь при разложении членами ряда второй степени и выше:

(8)

Выразим сопротивление при температуре Т через начальное со­противление при Т₀

(9)

Медные терморезисторы выпускаются серийно и обозначаются ТСМ (термосопротивления медные) с соответствующей градуиров­кой: гр. 23 имеет сопротивление 53,00 Ом при О °С; гр. 24 имеет со­противление 100,00 Ом при О °С. Медные терморезисторы выполня­ются из проволоки диаметром не менее 0,1 мм, покрытой для изо­ляции эмалью.

Для металлического терморезистора чувствительность можно получить дифференцируя (5). Следовательно S_д=α. Именно температурный коэффициент сопротивления определяет чувствительность.

α = 4,3 • 10 ^-3 1/°С (10)

Приведем таблицу, где показана зависимость сопротивления медного терморезистора от температуры.

Таблица 1

Температура, °С	Сопротивление, Ом
-50	41,71
-30	46,23
-10	50,74
0	53,00
20	57,52
40	62,03
60	66,55
80	71,06
100	75,58
120	80,09
140	84,61
160	89,61

Т.к измеряемый диапазон измерения температуры датчика от -50 до 100°С, то можем определить максимальное и минимальное сопротивление.

При T= -50°С R=41,71 Ом;

При T=100°С R=75,58 Ом;

Найдем передаточную функцию датчика:

W(p)= U/T; (11)

где U=I*R; (12)

Таким образом W(p)=; (13)

I==12В/75,58 Ом=0,16 А; (14)

= α для терморезисторов; (15)

W(p)==0,16*4,3*10^-3 =0,68*10^-3