Измерительные цепи терморезисторов 


Мы поможем в написании ваших работ!



ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Измерительные цепи терморезисторов



Измерительные цепи терморезисторов строят обычно или на основе уравновешенных мостов, или используя преобразование сопротивления в напряжение.

На рис. 2-53, а показана упрощенная схема измерительной цепи самопишущего термометра типа КС. Металлический терморезистор R Θ включается здесь в мост, образованный резисторами R 1, R 2, R 3 и реохордом R р. Мост питается от источника переменного напряжения 6,3 В через добавочный резистор R д. Выходное напряжение моста по­дается на усилитель неравновесия УН, управляющий работой двигателя Д, связанного с движком реохорда и пером самописца. Вращаясь, двигатель перемещает движок реохорда до тех пор, пока мост не при­дет в состояние равновесия. Перемещение движка пропор­ционально изменению сопро­тивления R Θ, и шкала при­бора градуируется по темпе­ратуре.

Как видно из рис. 2-53, a, терморезистор в данном слу­чае присоединен к мостовой цепи с помощью трехпровод­ной линии связи. Благодаря этому уменьшается погреш­ность, вызываемая изменением сопротивления проводов ли­нии. Действительно, сопро­тивления проводов r 1 и r 3 включены в соседние плечи моста (последовательно с R Θ и R 3), а сопротивление прово­да r 2 включено последователь­но с источником питания. Та­ким образом, r 2 вообще не влияет на состояние равновесия, а влияния сопротивлений r 1 и r 3 в зна­чительной степени компенсируют друг друга.

Если обозначить буквой h относительное перемещение движка реохорда от нижнего по схеме зажима, то условие равновесия моста в схеме рис. 2-53, а запишется следующим образом:

.

Из этого равенства найдем:

Последнее соотношение позволяет количественно оценить влия­ние нестабильности сопротивлений r 1 и r 3 на показания прибора h.

Широкое распространение цифровых вольтметров привело к тому, что в настоящее время получили применение измерительные цепи, основанные на преобразовании сопротивления в напряжение.

На рис. 2-53, б показана схема преобразователя сопротивления в напряжение, содержащая неравновесный мост, в одно из плеч кото­рого включен по трехпроводной схеме терморезистор R Θ. Благодаря использованию в цепи операционного усилителя ОУ достигается ли­нейная зависимость выходного напряжения U вых от сопротивления R Θ. Напряжение на выходе ОУ, которое является напряжением питания моста, равно U = U 0 (R 1 + R Θ + r 1 + r 3)/ R 1.

Выходное напряжениемоста определяется формулой:

.

Если R 1 = R 2 = R 3 = R и R Θ= R +D R, то

U вых= U 0(D R + r 1 - r 3)/(2 R).

Как видно из последнего выражения, сопротивления проводов r 1 и r 3 компенсируют друг друга и при r 1 = r 3 выходное напряжение U вых = 0,5 U 0D R / R. Напряжение питания U 0 ограничивается зна­чением допустимого тока через терморезистор, ток через терморези­стор определяется формулой:

I = U 0/ R 1.

Радикальным методом борьбы с влиянием проводов соединитель­ной линии является использование четырехпроводного включения терморезистора. Через терморезистор протекает ток I 0, задаваемый стабилизатором тока или специальным источником с большим вну­тренним сопротивлением. Таким образом, сопротивления проводов r 1 и r 4, а также изменение сопротивления R Θ не влияют на ток I 0. Если для измерения напряжения U вых использовать вольтметр с высоким входным сопротивлением, то сопротивления проводов r 2 и r 3 также не повлияют на результат измерения. Так обеспечивается практически полное исключение погрешностей, вызванных нестабильностью со­противлений проводов соединительной линии, а напряжение U вых, определяется простым соотношением U вых= I 0 R Θ.

Источник тока в цепи четырех­проводной соединительной линии построен на основе операционного усилителя ОУ1 и рези­сторов с сопротивлениями R 1R 4. Как известно, если в такой цепи установить R 4/ R 3 = R 2/ R 1, то ток I 0, поступающий в терморезиcтop R Θ (при условии, что R т = ¥), будет определяться соотношением:

I = U 0/ R 3.

Операционный усилитель ОУ2 обеспечивает поддержание нуле­вого потенциала на нижнем зажиме терморезистора R Θ вне зависи­мости от сопротивления проводов r 3 и r 4. Благодаря этому напряже­ние между проводом r 2 и землей оказывается пропорциональным R Θ и отпадает необходимость в использовании дифференциального уси­лителя.

Построенный на основе операционного усилителя ОУ3 неинвер­тирующий усилитель обеспечивает выходное напряжение, равное:

(г)

Если требуется, чтобы при начальном значении сопротивления терморезистора R Θ = R 0 обеспечивалось равенство выходного на­пряжения U вых нулю, то отношение R 6/ R 5 следует выбирать в соот­ветствии с равенством R 6/ R 5 = R 0/(R 3R 0). Тогда U вых = U 0(R ΘR 0)/(R 3R 0).

Вводя в измерительную цепь резистор R 7, можно скорректировать в некоторых пределах нелинейность преобразования температуры в сопротивление R Θ (если таковая нелинейность имеется). При введении R 7 нужно скорректировать значения сопротивлений R 1R 4 так, чтобы выполнялось равенство:

R 4(R 3 + R 7)/(R 3 R 7) = R 2/ R 1.

При этом ток I 0 оказывается равным I 0 = U 0/ R 3 + U вых/ R 7.

 

Подставляя в выражение (г) найденные значения I 0 и R 6/ R 5, получим соотношение

из которого определим как

Подобным путем при правильном выборе элементов цепи удается скорректировать погрешность линейности платинового термометра сопротивления и уменьшить эту погрешность в диапазоне измерения 0–400°С до значения 0,1–0,2°С. Без линеаризации погрешность линейности составляет около 8°С.

Полупроводниковые терморезисторы имеют весьма нелинейную зависимость сопротивления от температуры. Для полупроводниковых терморезисторов разработаны специальные линеаризующие цепи.

Часто одновременно с линеаризацией проводят также унифи­кацию характеристик полупроводниковых терморезисторов, т.е. строят двухполюсники с одинаковыми характеристиками при использовании в них терморезисторов с несколько различающимися параметрами. При этом измерительная цепь, естественно, усложняется. Сопротивление полученного двухполюсника определяется формулой R' Θ= R 3+(R Θ+ R 1) R 2/(R Θ+ R 1+ R 2). Путем подбора сопротивлений резисторов R 1, R 2 и R 3 можно совместить реальную харак­теристику с желаемой в трех точках. При этом средняя точка, соот­ветствующая перегибу зависимости сопротивления R' Θ от темпера­туры, будет при температуре Т п, если выполнено условие

R1+R2= .

Для линеаризации при работе с полупроводниковыми терморе­зисторами можно использовать также нелинейную зависимость напря­жения от одного из сопротивлений в резистивном делителе или не­равновесном мосте.

 



Поделиться:


Последнее изменение этой страницы: 2017-02-22; просмотров: 246; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.238.195.81 (0.008 с.)