Экспериментальное определение характеристик датчиков температуры

4.1. Снятие и построение градуировочной характеристики термопары

Для снятия градуировочной кривой термопары необходимо установить в поле «Датчики температуры» минимодуль с изучаемой термопарой. К ее выходам подключить мультиметр, работающий в режиме измерения постоянного напряжения до 200 мВ. Изменяя с помощью регулятора температуры температуру нагревательного резистора, фиксировать значения на дисплее мультиметра через каждые 5 °С до температуры 75°С. Данные занести в табл. 1.

Таблица 1

T, °C
e, мВ

Построить на графике зависимость термоэдс термопары от температуры. Достроить градуировочную характеристику термопары до температуры 200 °С.

4.2. Снятие и построение экспериментальной характеристики интегрального датчика температуры

Интегральный датчик температуры объединяет в себе первичный преобразователь температуры и схему для преобразования и усиления сигнала. Наиболее распространенными датчиками такого типа являются датчики. выпускаемые фирмой AnalogDevices серии LM. В табл. 2 представлены технические характеристики представителя данного семейства LM335.

 

Таблица 2

Характеристика	Значение
Напряжение питания, В	5
Диапазон измеряемых температур, °С	-55…+150
Базовое напряжение при +0 °С, В	2,73
Точность измерения, °С	±2,7
Разрешающая способность, мВ/°С	10
Линейность, °С	0,5

 

Для снятия экспериментальной характеристики интегрального датчика температуры необходимо установить в поле «Датчики температуры» минимодуль с изучаемым датчиком. Мультиметр перевести в режим измерения напряжения до 20 В. Эксперимент проводить аналогично 4.1. Данные занести в табл. 3.

Таблица 3

T, °C
Uэксп., В
Uтеор., В

Построить на одном графике экспериментальную и теоретическую статические характеристики изучаемого датчика и оценить основные погрешности.

 

4.3. Снятие и построение экспериментальной характеристики платинового терморезистора

В табл. 4 приведены основные технические данные изучаемых в лабораторной работе терморезисторов (платинового и полупроводникового)

Схема включения терморезисторов и градуировочные кривые представлены на рис. 3 и рис. 4 соответственно.

 

Таблица 4

Характеристика		Терморезистор HoneywellHEL775	Термистор HoneywellTD5A
Диапазон измеряемых температур, °С		-75…+540	-40…+150
Базовое сопротивление при +20 °С, Ом		1000	2000
Постоянные	А, °С-1	/3,81·10-3	3,84·10-3
	В, °С-2	/-6,02·10-7	4,94·10-6
	С, °С-4	/-6,0·10-12	-
	α, °С-1	0,00375	-
	β, °С	0,16	-
	δ, °С	1,605 ± 0,009	-
Погрешность		0,2% от полной шкалы	1 Ом
Точность измерения, °С		0,5	0,7
Время отклика, с		0,5	11
Линейность характеристики, %		0,1	-

 

Рис. 3. Стандартная схема включения терморезисторов (мост Уитстона)

 

а)  б)

Рис. 4. Градуировочныекривые а) терморезистора HoneywellHEL775

и б) термистораHoneywellTD5A

 

Функциональные зависимости сопротивления датчиков от температуры представлены ниже:

- для платинового терморезистора – R_T=R₀(1+AT+BT²-100CT³+CT⁴)

- для термистора – R_T=R₀(1+AT+BT²).

Здесь R_T – сопротивление датчика при температуре T, Ом;R0 – сопротивление при 0 °С, Ом;T – значение температуры, °С.

 

Для снятия экспериментальной характеристики платинового терморезистора необходимо установить в поле «Датчики температуры» минимодуль с изучаемым датчиком. К его выходам подключить мультиметр, работающий в режиме измерения сопротивления до 2 кОм. Изменяя с помощью регулятора температуры температуру нагревательного резистора фиксировать значения на дисплее мультиметра через каждые 5 °С до температуры 75 °С. Данные занести в табл. 5.

Таблица 5

T, °C
Rэксп., Ом
Rтеор., Ом

 

Построить на одном графике экспериментальную и теоретическую статические характеристики изучаемого датчика и оценить основные погрешности. Для платинового терморезистора по экспериментальным данным рассчитать коэффициенты A, B, Cи сравнить их с табличными значениями.

 

4.4. Снятие и построение экспериментальной характеристики полупроводникового терморезистора.

Для снятия экспериментальной характеристики полупроводникового терморезистора необходимо установить в поле «Датчики температуры» минимодуль с изучаемым датчиком. Эксперимент проводить аналогично 4.3. Данные занести в табл. 6

 

Таблица 6

T, °C
Rэксп., Ом
Rтеор., Ом

Построить на одном графике экспериментальную и теоретическую статические характеристики изучаемого датчика и оценить основные погрешности. Для полупроводникового терморезистора по экспериментальным данным рассчитать коэффициенты A, B и сравнить их с табличными значениями.

4.5. Снятие и построение экспериментальной характеристики инфракрасного пирометра.

В табл. 7 представлены основные технические характеристики изучаемого в работе пирометра MelexisMLX90247-ESF-DSA, а на рис. 5 изображена его принципиальная схема и схема включения в цепь операционного усилителя для получения унифицированного сигнала.

 

 

Таблица 7

Характеристика	Инфракрасный пирометр
Напряжение питания, В	5
Диапазон измеряемых температур, °С	-70…+380
Тип термопреобразователя	термопара
Выходное напряжение термопары при температуре окружающей среды 26 °С и температуре чёрного тела 27 °С, мкВ	46
Чувствительность (α), В/К4
Базовое сопротивление терморезистора при температуре 25 °С, кОм	24

 

Рис. 5. Принципиальная схема пирометра MelexisMLX90247-ESF-DSA

и схема его включения в цепь операционного усилителя

 

Напряжение на выходе термопары пирометра MelexisMLX90247-ESF-DSA рассчитывается по формуле:

,

где  –температура измеряемого объекта в Кельвинах,  – температура окружающей среды в Кельвинах.

Для снятия экспериментальной характеристики инфракрасного пирометра необходимо установить в поле «Датчики температуры» минимодуль с изучаемым датчиком.Мультиметр перевести в режим измерения напряжения до 20 В. Эксперимент проводить аналогично 4.2. Данные занести в табл. 8.

Таблица 8

T, °C
U, В

 

Построить на одном графике экспериментальные статические характеристики изучаемого датчика и оценить основные погрешности.

5. Требования к отчёту

Отчет должен содержать:

а) цель работы;

б) основные технические характеристики исследуемых датчиков;

в) экспериментальные данные, расчётные значения требуемых параметров и графиков по каждому из проведенных экспериментов;

г) анализ полученных экспериментальных данных, сравнение полученных данных с паспортными, выводы.