Терморезистори - Студопедія
Терморезисторомназивається вимірювальний перетворювач, активний опір якого змінюється при зміні температури. Як терморезистор може використовуватися металевий або напівпровідниковий резистор.
Датчики температури з терморезисторами називаютьсятермометрами опору.
Є два види терморезисторів: металеві та напівпровідникові.
Принцип дії та конструкція металевих терморезисторів. Як відомо, опір металів збільшується зі збільшенням температури. Для виготовлення металевих терморезисторів зазвичай застосовуються мідь або платина.
Функція перетворення мідного терморезистора лінійна:
де R0 - Опір при 0 0 С;а= 4,28*10 -3 температурний коефіцієнт.
Функція перетворення платинового терморезистора є нелінійною і зазвичай апроксимується квадратичним тричленом. Температур-
ний коефіцієнт платини приблизно дорівнює о = 3,91 * 10 -3 К -1
Чутливий елемент мідного терморезистора (рис.4.41,а ) являє собою пластмасовий циліндр /, на який біфілярно кілька шарів намотана мідний дріт 2 діаметром 0,1 мм. Зверху котушка вкрита гліфталевим лаком. До кінців обмотки припаюються мідні вивідні дроти діаметром 1,0-1,5 мм. Провід ізольовані між собою азбестовим шнуром або порцеляновими трубочками. Чутливий елемент вставляється в тонкостінну металеву гільзу4.Гільза з вивідними проводами поміщається в захисний чохол (рис 21), який є закритою з одного кінця трубкою 1. На відкритому її кінці поміщається клемна головка 2. Для зручності монтажу захисний чохол може мати стланець3.
При виготовленні платиновихТерморезисторів використовуються більш теплостійкі матеріали.
Основні параметри найбільш поширених терморезисторів та позначення їх градуювань за ГОСТ 6651-84 наведено у таблиці
Номінальні функції перетворення (статичні характеристики) мідних та платинових терморезисторів та їх похибка визначаються ГОСТ 6651-84.
Схеми включення металевих терморезисторів. Термометр опору та дроту, що з'єднують його з вторинним приладом
включені послідовно. Зазвичай використовуються мідні дроти, опір яких залежить від їхньої температури. Температурні зміни опору проводів призводять до похибки вимірювання температури.
Повторні перетворювачі термометрів опору виконуються такими, щоб максимально зменшити цю похибку. Якщо потрібна найбільша точність вимірювання температури, наприклад, при метрологічних роботах, використовується компенсаційна схема. За цією схемою застосовують чотиризатискні платинові терморезистори. Провода1-1 використовуються для підведення струму, а два інших2-2служать для вимірювання падіння напругиUtна термочутливій обмотці. Падіння напругиUtвимірюється за допомогою потенціометра. Вимірюється також падіння напругиU0на зразковій котушціR0.Опір терморезистора при цьому дорівнює
Завдяки компенсаційному методу вимірювання відсутнє падіння напруги на проводах, що з'єднують термометр з потенціометром, та їх опір не впливає на результат вимірювання.
Принцип дії та основні типи перетворювачів. Фотоелектричний перетворювач являє собою фотоелектронний прилад (фотоелемент), що використовується як вимірювальний перетворювач. Є три типиперетворювачів: перетворювачі із зовнішнім фотоефектом, із внутрішнім фотоефектом та фотогальванічні перетворювачі. Найбільшого застосування знайшли перетворювачі двох останніх типів.
До перетворювачів із зовнішнім фотоефектом відносяться вакуумні та газонаповнені фотоелементи та фотоелектронні
Вакуумні фотоелементи складаються з вакуумованої скляної колби, що містить два електроди: анод і катод. Під час освітлення фотокатода під впливом фотонів світла він емітує електрони. Якщо між анодом і фотокатодом прикладена напруга, ці електрони утворюють електричний струм; оскільки він викликаний фотонами, його називають фотострумомДля фотоемісії електронів необхідно, щоб енергія фотона E = vh де v - Частота світла; h постійна Планка, була більшою за роботу виходу електронів Ф, характерною для даного матеріалу фотокатода. Частота vгр=Ф/h називається червоною межею фотоефекту, а відповідна її довжина хвиліλгр=с/vгрде с - швидкість світла, - довгохвильовим порогом фотоефекту. Якщоλ>λГр, то ніяка інтенсивність світла не може викликати фотоефект.
Чутливий елемент перетворювачів із внутрішнім фотоефектом (фоторезисторів) виконаний у вигляді платівки, на яку нанесений шар напівпровідникового фоточутливого матеріалу. Як фоточутливий матеріал зазвичай використовується сірчистий кадмій, селенистий кадмій або сірчистий свинець.
Електропровідність напівпровідникових матеріалів обумовлена збудженням електронів у валентній зоні та домішкових рівнях. При збудженні електрони переходять у зону провідності; у валентній зоні з'являються дірки. При висвітленні збудження електронів збільшується, що викликає збільшення електропровідності. Червона межа фоторезисторів знаходиться в інфрачервономуобласті, наприклад, для сірчано-свинцевихλгр= 2,7 мкм. При невеликих освітленості перетворювача кількість збуджених світлом електронів пропорційно освітленості, його електрична провідність
де Iф - фотострум; U - напруга, прикладена до перетворювача, а також пропорційно освітленості.
При великих освітленості пропорційність порушується. Типова залежність фотоструму від освітленості наведена на рис. 24 Чутливість фоторезисторів визначається кратністю зміни їх опору. Для деяких типів вона досягає значення
де RT-темновий опір, тобто опір неосвітленого перетворювача; R200 - опір при Е = 200 лк. ВАХ фоторезисторів лінійна (рис 24), тобто їх опір не залежить від прикладеної напруги.
Інерційність характеризується постійною доби т. У сірчисто-кадмієвих перетворювачів т лежить в межах 1- 140 мс, у селенисто-кадмієвих - 0,5-20 мс.
Фоторезистори мають високу чутливість. Однак їх опір залежить від температури подібно до опору термісторів. Для зменшення температурної похибки вони входять у суміжні плечі моста.
Особливості застосування фотоелектричних перетворювачів для вимірювання несвітлових величин, фотоелектричні перетворювачі, що використовуються для вимірювання несвітлових величин, мають низку особливостей. Є можливість вимірювання без контакту з об'єктом вимірювання, відсутня механічна дія на об'єкт вимірювання. Перетворювачі чутливі до сили світла та його кольору. Їх недоліком є велика похибка, яка в основному визначається втомою, старінням та залежністю параметрів перетворювача від температури. Внаслідок цих особливостей фотоелектричніперетворювачі знайшли застосування переважно у таких випадках.
1. При вимірах, у яких перетворювач працює у релейному режимі. Прикладом може бути вимірювання частоти обертання валу, що має диск з отворами. Диск перериває промінь світла, що падає на фотоелектричний перетворювач. Вимірювана швидкість перетворюється на частоту електричних імпульсів.
2. Як прямий перетворювач у компенсаційних вимірювальних приладах.
З.При вимірі несвітлових величин, коли проміжною величиною перетворення є величина світлова, наприклад, при вимірюванні концентрації речовини в розчині, коли проміжною величиною є зміна поглинання світла розчином.
Для зменшення похибки вимірювання фотоелектричні перетворювачі включаються до диференціальних або компенсаційних вимірювальних ланцюгів. Диференціальна схема з двома фотоелектричними перетворювачами, що служить для вимірювання концентрації розчину, наведена на рис. 26. Перший промінь світла від джерела проходить через об'єкт вимірювання 2, наприклад через кювету з досліджуваним розчином, і потрапляє на фоторезистор 3. Другий промінь проходить через оптичний клин 4, що застосовується для налаштування приладу, і потрапляє на другий фоторезистор 5. Фоторезистори включені в мостовий ланцюг. Завдяки диференціальній схемі компенсуються температурні та інші адитивні похибки. Однак внаслідок розкиду характеристик і параметрів фотоелектричних перетворювачів канали диференціального ланцюга дещо відрізняються один від одного, і компенсація t виходить неповною. Перевагою схеми є її придатність для вимірювання швидкозмінних величин. Інерційність приладу обумовлюється інерційністю фотоелектричних перетворювачів та вихідного приладу.
Незнайшли те, що шукали? Скористайтеся пошуком: