Выбор и расчет датчика температуры

Необходимо, чтобы в устройстве контролировалась температура в диапазоне 30 – 50 ^оС, причём является важным возможность датчика измерять десятые доли градуса, так как пределы нормальной температуры пациента охватывают узкую область (36,3 – 37,6^оС). Также важным является миниатюрность размеров датчика, минимальное количество внешних элементов, низкий уровень энергопотребления. На основании этих требований в качестве датчика температуры выбран тонкопленочный платиновый термистор HEL-776-A-Т-1 (производитель компания «Honeywell»). Основные параметры датчика приведены в таблице 3 [21].

 

Таблица 3 – Характеристики датчика HEL-776-A-Т-1

Параметр	Значение
Диапазон измеряемых температур, оС	–55 … +150
Точность измерения сопротивления, %	0,1
Базовое сопротивление при 0оС, кОм
Линейность зависимости изменения	0,1
сопротивления от температуры в диапазоне от минус 40 до плюс 150 оС, %
Стабильность, не более оС/год	0,25
Сопротивление изоляции при плюс 25 оС, МОм
Максимальный потребляемый ток, мА

 

Изменение сопротивления датчика от температуры описывается зависимостью (1). Причем для датчика HEL-776-A-Т-1 температурные коэффициенты сопротивления составляют ^оС^-1, ^оС [19, 21].

В [21] представлена эмпирическая графическая зависимость изменения сопротивления материала датчика от измеряемой им температуры:

 

 

Рисунок 12 – Эмпирическая зависимость изменения сопротивления от температуры датчика HEL-776-A-Т-1

 

По графику можно определить, что в диапазоне измеряемых температур от плюс 30 до плюс 50 ^оС базовое сопротивление датчика изменяется в пределах 1084 … 1167 Ом.

Рассчитаем выходное сопротивление датчика. Диапазон измеряемых проектируемым устройством температур: от плюс 30 до плюс 50 ^оС. Следовательно, по формуле (1) выходное сопротивление датчика при плюс 30 ^оС:

Ом.

Выходное сопротивление датчика при плюс 50 ^оС:

Ом.

График зависимости изменения сопротивления датчика от температуры в диапазоне измеряемых температур от плюс 30 до плюс 50 ^оС представлен на рисунке 13:

 

 

Рисунок 13 – Расчетная зависимость изменения сопротивления от температуры датчика HEL-776-A-Т-1 в диапазоне температур от плюс 30 до плюс 50 ^оС

 

Диапазон нормальных значений температуры тела пациента расположен в пределах от плюс 36,3 до плюс 37,6 ^оС. Рассчитаем выходное сопротивление датчика в данном диапазоне. По формуле (1) выходное сопротивление датчика при плюс 36,3 ^оС Ом.

Выходное сопротивление датчика при 37,6 ^оС Ом.

График зависимости изменения сопротивления датчика от температуры в диапазоне измеряемых температур от плюс 36,3 до плюс 37,6 ^оС представлен на рисунке 14:

 

 

Рисунок 14 – Расчетная зависимость изменения сопротивления от температуры датчика HEL-776-A-Т-1 в диапазоне температур от плюс 36,3 до плюс 37,6 ^оС

 

Порядок расчета выходного сопротивления датчика в системе MathCAD представлен в Приложении А.