Розрахункова робота №1.
Завдання1. Розрахувати схему температурної параметричної компенсації від впливу оточуючої температури реального термоанемометричного чутливого елемента лічильника газу, якщо за даними експериментальних досліджень мультиплікативне зменшення вихідного сигналу чутливого елемента становить -1,7 % на кожних 30 С зростання оточуючої температури, а значення вихідного сигналу чутливого елемента при 20 С оточуючої температури становить Uc=10,10 мВ при постійному значенні внутрішнього опору Ro=20 Ом.
Розв’язування.
1. Визначимо коефіцієнт мультиплікативного зменшення вихідного сигналу чутливого елемента при збільшенні оточуючої температури на 1 С за формулою:
,
(1)
де р=0,0006.
Отримаємо: п=0,9994. Мультиплікативного зменшення вихідного сигналу чутливого елемента при збільшенні оточуючої температури покажемо на графіку, рис. 1.
Рис. 1. − Залежність вихідного сигналу від вимірюваного параметра Х при збільшенні оточуючої температури на 1С.
2. Вибираємо таку схему спряження з чутливим елементом, яка забезпечувала б збільшення вихідного сигналу в 1/n раз. Оскільки умовою задачі задана параметрична компенсація, використаємо температуро залежний шунт з додатнім температурним коефіцієнтом опору. Схема спряження приведена на рис. 2.
Рис. 2. − Схема спряження і температурної параметричної компенсації від впливу оточуючої температури для термоанемометричного чутливого елемента.
3. Для приведеної схеми можна записати, що:
(2)
З виразу (2) видно, що для компенсації зменшення Uc в п раз, небхідно в n раз зменшити знаменник даного виразу. Тобто, з:
(3)
отримаємо рівняння:
,
(4)
Підставивши значення шунтуючого опору при двох заданих оточуючих температурах t=51 C і t=50 C:
,
;
(5)
де Rt0 - значення шунтуючого опору при t=0 C, рішаючи рівняння (4), знайдемо:
, (6)
Вибравши матеріал мідного шунта з температурним коефіцієнтом опору =0.00427 1/ С, отримаємо за формулою (6):
(Ом) .
Знаходимо значення опору шунта при оточуючій температурі 50 С:
(Ом);
Вибираємо значення шунта з огляду його технологічності Rt=50=90 Ом.
4. Зробимо оцінку ефективності рекомендованої температурної компенсації. Для цього порівняємо температурну похибку, що мала місце до компенсації і після неї.
Значення опору шунта при оточуючій температурі 60 С становитиме:
(Ом).
За формулою (2) знайдемо значення сигналів чутливого елемента при двох заданих оточуючих температурах t=50 C і t=60 C:
(мВ);
(мВ).
Похибку знайдемо за формулою:
; (7)
Тобто:
.
5. Висновки:
1). До компенсації температурна похибка становила -1,7 % на кожних 10 С зростання оточуючої температури, а після параметричної компенсація похибка зменшилась більше, ніж на порядок.
2). Наявність знака "мінус" наголошує на недокомпенсація приведеної схеми спряження. Номінальна статична характеристика чутливого елемента зі зростанням оточуючої температури буде зменшувати своє значення. Новоутворені номінальні статичні характеристики займатимуть положення кривих А, приведених на рис.1.
3). Недоліком приведеної схеми є зменшення чутливості чутливого елемента на 15 % ((10,10-8,264)/10,10).
Завдання 2. Зберігаючи дані попередньої задачі і враховуючи недоліки параметричної компенсації, розрахувати схему температурної структурної компенсації від впливу оточуючої температури реального термоанемометричного чутливого елемента.