4.4. Терморезистивные датчики

Терморезистивные датчики (термосопротивления) обладают свойством изменять свое электрическое сопротивление при изменении температуры. Они, применяются для измерения неэлектрических величин (температуры, скорости, концентрации, плотности вакуума и т.п.), характеризующих газовую или жидкую среду, в диапазоне температур от -250 до + 1000°С. Терморезисторы изготавливаются из металлов и полупроводников.

1. Металлические термосопротивления являются чувствительными элементами в термометрах сопротивлений. Они изготавливаются из меди, платины, железа, никеля. Сплавы металлов не применяются, так как при добавлении в чистый металл примеси нарушается стабильность характеристики, уменьшается температурный коэффициент сопротивления, характеризующий чувствительность терморезистора к изменениям температуры.

Качество терморезистора характеризуется его чувствительностью к изменению температуры и определяется температурным коэффициентом сопротивления α, представляющий собой относительное изменение сопротивления ∆R/R на единицу приращения температуры ∆t:

Зависимость сопротивления от температуры  , при малом b  .

Материалы терморезисторов должны иметь большой и постоянный температурный коэффициент сопротивления, большое удельное сопротивление. Их физические и химические свойства должны быть устойчивы при высоких температурах.

Лучший материал для изготовления металлических терморезисторов - платина, из которой изготавливают как технические, так и образцовые и эталонные датчики, пригодные для измерения температур в диапазоне от -200 до +500°С. Функция преобразования платинового терморезистора нелинейная и обычно аппроксимируется квадратичным трехчленом. Параметры: a = 4 × 103 К-1, b = 6 × 10-7 К-2.

Функция преобразования медного терморезистора линейна и a = 4,3 × 10-3 К-1. Медные терморезисторы применяют в диапазоне температур от -50 до +150°С. Основные параметры наиболее распространенных терморезисторов и обозначения их градуировок по ГОСТ 6651-84 приведены в табл. 3.

            Таблица 3

Термометры сопротивления платиновые

Термометры сопротивления медные

Сопротивление при 0С(R0)

Градуир.

Диапазон измерения, 0С

Сопротивление при 0С(R0)

Градуир.

Диапазон измерения, 0С

 

10

50

100

 

 

10П

50П

100П

 

От –200 до +750

От –260 до +1000

От +260 до +1000

 

10

50

100

 

10М

50М

100М

 

От –50 до 200

От –50 до 200

От –200 до 200

Конструкция термометра сопротивления  приведена на рис. 24.

Рис.24. Конструкция термометра сопротивления

Рис. 24. Конструкция термометра сопротивления

Термометр сопротивления имеет чувствительный элемент в виде тонкой проволоки 2 (диаметр 0,05 мм), намотанный на каркас 1(пластину из слюды) и помещенный в защитный чехол 3. Используются три  или четыре провода для компенсации температурных колебаний окружающей среды. Номинальные функции преобразования (статические характеристики) медных и платиновых терморезисторов и их погрешность определяются ГОСТ 6651-84.

Железные и никелевые терморезисторы занимают промежуточное место, как более дешевые, чем платина и более стойкие, чем медь. Они работают в диапазоне температур от +100 до +150°С.

Достоинства термометров сопротивления: стабильность, линейность, большой диапазон, дешевизна (медь).

Недостатки: большие габариты, большая инерционность, малая величина R, окисляемость(медь.

2. Полупроводниковые терморезисторы (термисторы).

Термисторы изготавливаются из смеси окислов различных металлов (например, CuO, CoO, MnO),. величина электрического сопротивления термистора резко уменьшается при увеличении температуры Чувствительность терморезисторов к изменению температуры значительно выше, чем у металлических. Так при повышении температуры от 0 до +100°С сопротивление меди увеличивается всего на 43%, а у термисторов сопротивление RQ уменьшается в 20-70 раз, в зависимости от величины его температурного коэффициента сопротивления.

Рис.25. Характеристика термистора

Рис. 25. Характеристика термистора

Температурный коэффициент сопротивления термистора  примерно в 6-10 раз больше, чем у металлических терморезисторов,  для термисторов .. Некоторые типы термисторов работают в диапазоне температур от -100 до +500° С0 и выше. Термисторы находят широкое применение для компенсации температурных погрешностей в измерительных схемах, и  в качестве датчиков для измерения различных неэлектрических величин, влияющих на отвод тепла от терморезистора  Рис. 26.

Рис.26. Схема измерения на основе термистора

Рис. 26. Схема измерения на основе термистора

Конструктивно термисторы изготавливаются в виде маленьких стерженьков (длиной 12 мм и диаметром 1,8мм), шайб, дисков и бусинок.

Достоинства: намного больше ТКС, намного меньше размер и инерционность, возможность работы в релейном режиме.

Недостатки: более узкий рабочий диапазон, нелинейность, большой разброс значений.

Технические средства автоматизации и управления


*****

© 2009-2017 Банк лекций siblec.ru
Лекции для преподавателей и студентов. Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.