 |
АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция
Расчет термометров сопротивления
В ходе расчета необходимо установить cвязь между следующими характеристиками звеньев прибора:
α= f 1(θ)— статическая характеристика шкалы указателя;
= f 2(θ) — статическая характеристика измерительной схемы прибора;
B=f3 (θ)— распределение индукции в рабочем зазоре подвижной системы для логометров с подвижными рамками.
Исходными данными для расчета являются:
а) заданный диапазон измерения температуры;
б) характеристика шкалы указателя;
в) электрическая схема прибора;
г) допустимая погрешность.
2.2.1Расчет датчика термометра сопротивления
с металлическим преобразователем
1. Определяем сопротивление соединительной линии, связывающей указатель с датчиком:
r л =ρ 
где r л — сопротивление соединительной линии, Ом;
ρ— удельное сопротивление материала проводов, Ом·м;
L — длина одного соединительного провода, м;
S — сечение провода, м2.
2. Определяем величину сопротивления теплочувствительного элемента. Изменение сопротивления теплочувствительного элемента на величину r л не должно вызывать погрешность измерения, превышающую некоторое значение ξ. Ориентировочно значение сопротивления теплочувствительного элемента принимаем равным
R θ0= 
100 Ом
где R θ0— сопротивление теплочувствительного элемента при 20°С;
ξ — допустимая погрешность влияния линии, %.
Обычно R θ0принимают в пределах 50÷100 Ом.
Рисунок 1.9 
Зависимость сопротивление от температуры металлов:1 – железа; 2 — никеля; 3 — меди; 4 – платины; 5 — термистора
3. Значение сопротивления датчика для любого значения температуры (рисунок 1.9) в заданном диапазоне может быть определено по формуле
R θ = R θ0[1+α(θ 
θ0)+β(θ θ0)2]Ом
Значения коэффициентов α и β:
для меди — α = 4,26·10-31/град, β= 0;
для никеля — α = 4.6-f 6,8·10-6 1/град; β= - 6,93·10-6 1/град.
Однако из-за неопределенности значения α никеля, зависимость R θ =f( θ ) обычно определяется экспериментально. Для получения датчика термометров сопротивления с постоянным температурным коэффициентом последовательно с термосопротивлением включают сопротивление с нулевым температурным коэффициентом. Тогда сопротивление датчика подсчитывают по формуле
R д0 =(R θ0 +R м)[1+αпд(θ θ0)], Ом
где R дθ — сопротивление датчика при температуре θ, Ом;
R м— сопротивление из манганина, Ом;
αпд- приведенныйТКС датчика, который равен
αпд= 
α01/град
α0 — ТКС материала теплочувствительного элемента.
ПриведенныйТКС датчика меньше температурного коэффициента термосопротивления из-за включения последовательно с ним сопротивления из манганина. Сопротивление из манганина в существующих конструкциях принимается равным 25 30 Ом.
В дальнейшем для сохранения постоянства начального значения сопротивления датчика R дθ и его температурного коэффициента αпд выбор сопротивлений 
и 
производим по формулам:
= R дθ0 
Ом
R м =R θ0(
1) Ом
или
R м = R дθ0 R θ0Ом.
2.2.2Расчет датчика термометра сопротивления
с полупроводниковым преобразователем
Полупроводниковые термосопротивления, имеющие отрицательный температурный коэффициент сопротивления, в 5-10 раз больший по сравнению с металлами, все чаще находят применение в качестве теплочувствительного элемента датчика. Однако ввиду нелинейной зависимости сопротивления термистора от температуры и разброса его характеристик теплочувствительные элементы подбираются по экспериментальным данным, кривым (рисунок 1.10) или таблицам. В остальном расчет термометра в этом случае не отличается от приведенного.
При использовании термистора со стандартными измерительными схемами и измерительными механизмами необходимо учесть, что для обеспечения полного отклонения стрелки логометра плечо 
, содержащее термистор, в одном и том же диапазоне температур должно иметь ту же кратность изменения сопротивления, что и стандартный датчик этого прибора. Это условие можно выполнить включением параллельно и последовательно с термистором добавочных температур стабильных сопротивлений. Имеются два вида соединений добавочных сопротивлений и термистора, которые практически равноценны (рисунок 1.11, 1.12).
Для расчета датчиков-термисторов рекомендуется следующая последовательность.
Рисунок 1.10-Зависимость сопротивления от температуры для термисторов.
Рисунок 1.11- Последовательно-параллельная схема
соединения термистора в датчике.
Рисунок 1.12 - Параллельно-последовательная схема
соединения термистора в датчике.
Рисунок 1.13- Графическое построение характеристики
датчика с термистором.
1. Определяем k — кратность изменения сопротивления стандартного датчика в заданном диапазоне температур.
k = 
,
где R Дθ1, R Дθ2— сопротивления датчика термометра, соответствующие крайним значениям температурного диапазона измерения — θ1, θ2 (рисунок 1.13).
2. Определяем приращение сопротивления термистора в указанном интервале температур
ΔR θ= R θ1 Rθ2Ом.
3. Определяем наименьшее значение сопротивления датчика термометра при температуре θ1
= 
Ом,
где — минимально возможное значение сопротивления датчика при температуре θ1
Δσθ— приращение проводимости теплочувствительного элемента датчика-термистора
сим.
4. Определяем масштабный коэффициент Р
где R θ2— сопротивление стандартного датчика при максимальной температуре θ2.
Величина Р для сохранения измерительной схемы должна равняться единице.
При Р >1 напряжение питания и номиналы сопротивлений измерительной схемы необходимо увеличить в Р раз.
Если значение Р меньше единицы, его принимают равным 1. В этом случае 
= R Дθ2
5. Определяем приращение сопротивления датчика с термистором в качестве теплочувствительного элемента в диапазоне температур θ1 и θ2.
Ом.
6. Определяем добавочные сопротивления r 1 и r 2 для схемы рисунок 1.11:
Ом;
Ом,
где 
.
Определение добавочного сопротивления r 1 и r 2 для схемы рисунок 1.12:
Ом.
Если расчет датчика с термистором в качестве теплочувствительного элемента вести из условия совмещения середины шкалы стандартного указателя со средним значением температуры измеряемого диапазона, то добавочные сопротивления r 1 и r 2(рисунок 1.12) определяются из соотношений [8]:
Ом;
где R θ0 — значение сопротивления термистора при температуре θ0, равной. 
Значение 
и 
определим по формулам:
Для схемы на рисунке 1.11
для схемы на рисунке 1.12
2.2.3 Выбор величин сопротивлений измерительных схем
Величины сопротивлений измерительных схем принимаются из условий их максимальной чувствительности и минимальных погрешностей прибора.
Для измерительной схемы (рисунок 1.7) сопротивления выбирают исходя из следующих условий:
а) минимальной температурной инструментальной погрешности, вызванной изменением сопротивления рамок логометра в зависимости от температуры. При этом принимают 
, что соответствует равновесию моста в середине шкалы рабочего диапазона;
б) минимальной методической погрешности наименьшего дополнительного нагрева датчика током измерительной схемы. Для этого принимают R 3 
R Дθ0;
в) максимальной чувствительности схемы. Сопротивления при этом одновременно должны удовлетворять следующим соотношениям:
2.2.4 Определение сопротивления для компенсации
инструментальных температурных погрешностей прибора
Для схемы рисунок 1.7 при R 1= R 2 и R 3= R Дθ0 благодаря симметрии дополнительная инструментальная погрешность, связанная с изменением сопротивления при разных температурах рамок, возникать не будет. При расчете сопротивления компенсации 
условие полной компенсации целесообразно брать для значений, соответствующих приблизительно 20÷30% от начала или конца диапазона измерений прибора.
Вследствие симметричности схемы полная компенсация будет выполняться для двух точек шкалы, равноудаленных относительно ее середины. При других значениях 
появится температурная погрешность, величина которой может быть около 2÷3% [9]. Это значительно меньше той погрешности, которая была бы при отсутствии компенсации. Величина компенсационного сопротивления , выполненного из медной проволоки, берется как часть сопротивления 
, и определяется из соотношения:
Это выражение справедливо при следующих соотношениях сопротивлений схемы:
Таблица 1.3 Ориентировочные технические параметры термометров сопротивления
| Показатели | Единицы измерения | Тип термометра | |
| ТУЭ-48 | ТНВ-15 | ||
| Диапазон измерения | °С | от –70 до +150 | от –60 до +150 |
| Рабочий диапазон | °С | от –40 до +130 | от –40 до +130 |
| Погрешность в рабочем диапазоне не превышает: | |||
| при +20° С | °С | ±5 | ±4 |
| при +50° С | ±7 | 0,2 | |
| при -60° С | ±8 | 8÷12 | |
| для нерабочей части шкалы | ±10 | - | |
| Постоянная времени датчиков: | сек | ±8 | 8÷12 |
| П-1 — для воды | - | ||
П-5 при М  0,5
| - | 0,5÷0,7 | |
| Размах шкалы | 120º | 220º | |
| Коэффициент добротности | 1,2 | - | |
| Температурный коэффициент магнитного материала | 1/град | 1·10-1 | - |
| Размеры рамки | мм | 12×19, 20×19 | -- |
| Материал провода и диаметр | мм | Алюминий 0,09 ПЭЛ | - |
| Число витков | - | ||
| Сопротивление рамки | ом | 220÷280 | 95+0,1 |
| Вес рамки | Н | 0,0055 (магнита) | - |
| Вес подвижной системы | Н | 0,01 | - |
| Коэффициентзаполнения | мм | 0,7÷0,8 | - |
| Материал ирадиус кернов | мм | Кобальт-вольфрам 0,4 | - |
| Материал и радиус подпятника | мм | Корунд0,2 | - |
R 1 =R 2 =R 3— сопротивления плеч моста, Ом;
R K1 =R K2 =R K3 — сопротивления рамок логометра с добавочным медным сопротивлением, Ом;
R дθ— сопротивление датчика термометра, соответствующее температуре, равной 20÷30% oт начала или конца диапазона измерений прибора [9], Ом.
Сопротивление полудиагонали, выполняемое из манганина, равно:
Ом.
Примечание. Если сопротивление полудиагонали схемы выбрать из условия температурной компенсации полностью медным, то его величина будет равна
= 
Ом
Поиск по сайту: