Исследование характеристик термометра сопротивлений

 

1. Цель работы - ознакомиться с устройством и принципом действия термометра сопротивлений, изучить методику градуировки технического термометра сопротивлений.

 

2. Устройство и работа технических термометров сопротивления

Терморезистором называется устройство, содержащее проводник или полупроводник, электрическое сопротивление которого сильно меняется с изменением температуры окружающей среды. В технике широко применяются терморезисторы с теплочувствительным элементом в виде проводника. Материалом для проводника используют медь, никель и платину. Такие терморезисторы получили название термометров сопротивления. Последние широко применяются в приборах для измерения температуры воздуха, воды и масла.

Термометр сопротивления представляет собой тонкую медную, никелевую или платиновую проволоку, намотанную на слюдяной или керамический каркас, который затем для защиты от механических повреждений помещают в металлический корпус. При изменении температуры окружающей среды изменяется сопротивление термометра:

R_T = R ₀[1 + a(t - t ₀)], (2.1)

где R _T - сопротивление термометра при температуре t, Ом; R₀ - начальное сопротивление термометра при температуре t ₀, Ом; α - температурный коэффициент сопротивления, 1/°С; t – температура в момент измерения, °С; t ₀ – начальная температура термометра, °С.

С помощью термометров сопротивления можно измерять температуру от -250 до +650 °С.

Градуировочная таблица для платинового термометра сопротивлений представлена в табл. 2.1.

На рис. 2.1 приведены характеристики двух термометров сопротивления - платинового (ТСП) и медного (ТСМ), которые имеют почти линейную зависимость электрического сопротивления от температуры.

Рис. 2.1. Градуировочные кривые термометров сопротивления

Основным недостатком рассмотренных термометров является их относительно большая тепловая инерционность.

В автоматике также широко применяются терморезисторы с теплочувствительным элементом в виде полупроводника. Такие терморезисторы называются термисторами.

Таблица 2.1

Стандартная градуировочная таблица для платинового термометра сопротивления гр. 22 (R = 100,00 Ом)

Температура ТС, °С	Сопротивление, Ом	Температура ТС, °С	Сопротивление, Ом	Температура ТС, °С	Сопротивление, Ом
-200	17,28		139,10		228,17
-190	21,65		142,95		231,73
-180	25,98		146,78		235,29
-160	34,56		150,60		238,83
-140	43,02		154,41		242,36
-120	51,38		158,21		249,38
-100	59,65		162,00		256,36
-80	67,94		165,78		263,29
-60	75,96		169,54		270,18
-50	80,00		173,29		277,01
-40	84,03		177,03		283,80
-30	88,04		180,76		290,55
-20	92,04		184,48		297,25
-10	96,03		188,18		303,90
	100,00		191,88		310,50
	103,96		195,56		317,06
	107,91		199,23		323,57
	111,85		202,89		330,03
	115,78		206,53		333,25
	119,70		210,17	—	—
	123,60		213,79	—	—
	127,49		217,40	—	—
	131,37		221,00	—	—
	135,24		224,59	—	—

 

Термисторы изготовляются из полупроводникового материала. В качестве материала используется смесь окислов нескольких металлов (никеля, титана, марганца, кобальта и др.), а также соединения металлов с углеродом, азотом и пр.

Термисторы имеют большой отрицательный коэффициент сопротивления. При увеличении температуры их сопротивление уменьшается, тогда как у проволочных термометров сопротивления, наоборот, сопротивление увеличивается.

Термистор конструктивно представляет собой шарик, диск или трубку из полупроводникового материала с металлическими выводами. Чтобы защитить термистор от действия влаги, его покрывают слоем лака, а иногда помещают в закрытый стеклянный баллон. Следует отметить, что сопротивление термистора уменьшается с ростом его температуры по закону экспоненты. При измерении температуры термисторы имеют ряд преимуществ перед металлическими термометрами сопротивления: высокое удельное электрическое сопротивление, благодаря чему термистор можно сделать очень маленьким; большое значение температурного коэффициента сопротивления полупроводника; высокая чувствительность.

К недостаткам термисторов следует отнести: нелинейность и нестабильность характеристики, разброс характеристик.

 

3. Описание лабораторной установки

Исследование характеристик термопары и термометра сопротивлений в комплекте с учебным стендом, проводится по схеме, показанной на рис. 2.1.

Теплотехническим объектом лабораторной установки является тепловой фен «Vitec Professional Stile».

Приборная часть лабораторной установки состоит (Рис 2.1) из хромель-копелевой термопары, термометра сопротивлений и учебного стенда, подлежащих лабораторному исследованию.

Рис. 2.1. Схема установки для исследования характеристик термометра сопротивлений: 1 – ПЭВМ; 2 – контроллер; 3 – вольтметр универсальный цифровой В7-38; 4 – термопара хромель-копелевая; 5 – термоизолированный контейнер; 6 – бытовой фен «Vitec Professional Stile»

 

К измерительному оборудованию лабораторной установки относятся цифровой индикатор температуры на тепловом фене «Vitec Professional Stile», вольтметр универсальный цифровой В7-38.

Задействованные в схеме устройства автоматики и приборы позволяют осуществить градуировку термометра сопротивлений ТП2, поверку термометра сопротивлений ТП2 в комплекте с лабораторной установкой.

4. Градуировка термометра сопротивлений ТП2

Термометр сопротивлений градуируется по данным, получаемым с помощью теплового фена «Vitec Professional Stile».

4.1. Подключить термометр сопротивлений ТП2 к клеммам Y1, Y2, Y3, Y4 модуля контроллера, как показано на рис. 2.2.

Рис. 2.2. Схема подключения термометра сопротивлений ТП2 к модулю контроллера

 

На рис. 2.3 представлено расположение элементов на модуле контроллера.

Рис. 2.3. Расположение элементов на модуле контроллера

 

Элементы модуля контроллера учебного стенда:

Y1...Y41 - клеммы для подключения термосопротивлений. Назначения клемм приведены в табл. 2.2.

Ethernet1, Ethernet2 - клеммы интерфейсов Ethernet.

Power 24 - разъем питания 24 В.

Fuse - предохранительная вставка.

Reset - кнопка сброса модуля.

JCfg - перемычки для задания режима работы модуля. Для режима установки IP адреса перемкнуть контакты с номером 0.

1, 2 - Link10 - светодиодные индикаторы наличия связи по Ethernet на скорости 10 Mbit/s для 1-го и 2-го канала, соответственно.

1, 2-Link100 - светодиодные индикаторы наличия связи по Ethernet на скорости 100 Mbit/s для 1-го и 2-го канала, соответственно.

MAC1 - адрес MAC 1-го физического канала Ethernet.

MAC2 - адрес MAC 2-го физического канала Ethernet.

BDM - служебный разъем для программирования и отладки.

4.2. Включить питание учебного стенда:

- включить персональный компьютер;

- включить выключатель двуполюсный автоматический в шкафу с оборудованием.

4.3. После загрузки операционной системы, включить контроллер, выполненный на базе промышленного компьютера Advantech ARK-3382 (кнопка на правой стороне контроллера).

4.4. На ПВЭМ открыть «My computer», открыть диск «USER (D:)», открыть папку «Учебный стенд_1», запустить программу «npts.exe».

4.5. На тепловом фене «Vitec Professional Stile» установить первое задание регулируемой температуры 40 °С.

4.6. Наблюдать за изменение температуры термометра сопротивлений ТП1, отображаемым программой «npts.exe».

4.7. Измерить электрическое сопротивление термометра сопротивления ТС1, когда температура на выходе теплового фена достигнет заданного значения.

На универсальном вольтметре В7-38 переключатель рода работ установить в положение «кО». Со шкалы прибора считать значение электрического сопротивления.