Визначення параметрів датчиків температури

 МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

 НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

 «КИЇВСЬКИЙ-ПОЛІГРАФІЧНИЙ ІНСТИТУТ»

 ВИДАВНИЧО-ПОЛІГРАФІЧНИЙ ІНСТИТУТ 
 
 
 
 
 
 

 Лабораторна робота №1

 з дисципліни:

 «Автоматизація технологічних процесів в поліграфії»

 на тему:

«Визначення параметрів датчиків температури» 
 
 
 
 
 

Виконав:

cтудент гр. СМм-41

Кужільний О.В.

Перевірив:

Мамонов Ю. П. 
 
 
 

КИЇВ 2009

    1. Ціль роботи

    Ознайомитися  з принципом дії та конструкцією датчиків температури, експериментальне зняти їх статичні характеристики.

    2. Загальні теоретичні положення

    Термоелектричні термопари і терморезистори широко застосовуються в засобах промислової автоматики як датчики температури.

    Робота  напівпровідникового терморезистора як датчика температури основана на відомій з фізики залежності опору напівпровідника від температури і має наступний вигляд:

    

    де  – опір напівпровідника /терморезистора/ при температурі t;

      – початковий опір терморезистора при початковій температурі t=0С;

    t - температура терморезистора;

    е - основа натуральних логарифмів (е=2,71);

    β - параметр, що характеризує чутливість терморезистора.

    Ця  залежність (статична температурна характеристика) (рис.1) свідчить що при підвищенні температури  опір терморезистора (ТЗ) зменшується. причому відносна заміна опору тим більша, чим більший параметр

    

    Рис. 1. Статична температурна характеристика терморезистора

    Найбільше застосування мають ТЗ на основі мідно-марганцевих окислів та кобальт-марганцевих окислів.

    Перевагою терморезисторів є їх висока чутливість та значна величина електричного опору, що важливо при застосовуванні їх разом з підсилювачами та дистанційному  вимірі температур.

    В термоелектричних датчиках /термопарах/ застосовується залежність термо-е.д.с., що виникає в місці спаю двох різнорідних металів.

    На  рис. 2 наведена схема підключення  вимірювального приладу до термопари. Наявність різниці температур /холодного  та гарячого кінців/ приводить до виникнення термо-е.д.с., величина якої знаходиться у прямій залежності від різниці температур кінців термопари:

– термо-е. д. с.;

- температура холодного кінця; 

- температура гарячого кінця. 

    Рис. 2. Схема підключення  вимірювального приладу  до термопари

    Ця  залежність /статистична температурна характеристика/ в загальному випадку  нелінійна. Однак в деякому діапазоні  температур може бути з достатньою точністю апроксимована лінійною функцією:

    де  - чутливість термопари, що вимірюється у мВ/С.

    Величина  термо-е.д.с. залежить також від металів, з яких виготовлені термопари. На практиці поширення мають термопари, що виконані із наступних металів  і сплавів:

    платинорадій - платина /тип ТПП/, застосовується до температур 3000 ⁰С;

    хромпель - алюмель /тил ТХА/, застосовується в діапазоні температур від 50 до 10000 ⁰С;

    хромпель - копель /тип ТХК/, застосовується в діапазоні температур від 50 до 6000 ⁰С. 

    3.          Опис лабораторного макета

    Схема лабораторної установки для зняття статистичних температурних характеристик датчиків наведена на рис. 3.

    Установка складається із теплового об'єкта ТО /резервуар з трансформаторним маслом/, в якому розміщені робочі /гарячі/ спаї батареї термопар БТ /резистори , , /. Для нагрівання рідини застосовується нагрівальний елемент . Температура рідини вимірюється термометром Т2.

    Батарея термопар складається із трьох послідовно включених термопар, завдяки чому її сумарна тсрмо-е.д.с. в три рази більше однієї. Холодні кінці термопар заглиблені в рідину, що має температуру  оточуючого середовища.

    Вимірювання електричного опору терморезисторів виконується за допомогою омметра .

    4.          Порядок виконання робіт

    4.1. Визначення температурної характеристики  терморезистора.

    1. Включити стенд вимикачем ВІ.

    2. Кнопкою "Перевірка нуля" встановити  нуль омметра.

    З. Перемикачем П2 підключитись з терморезисторів , , / за вказівкою викладача/.

4. Включити вмикач В2 виміру температури теплового об'єкта та зачекати, доки вона досягне 95-1000 ⁰С, після чого вмикач В2 виключити. Контроль температури здійснюється термометром Т2.
5. По мірі падіння температури в середині теплового об'єкта, через кожні 10 ⁰С вимірювати в точках t=900, 800...400, 300 опір вимірювального терморезистора . За отриманими даними побудувати графік залежності .
6. За експериментальними даними розрахувати і побудувати графік залежності чутливості терморезистора від температури. Розрахунок чутливості проводиться за формулою:

    

    де  – приріст опору терморезистора;

     – відповідний приріст температури. 

    По  графіку залежності  ТР зробити  висновки  про чутливість терморезистора від температури перехідного процесу, перехідний процес можна вважати закінченим, якщо протягом кількох хвилин не буде відбуватися помітного підвищення температури. Термометром виміряти встановлене значення температури.

7. Для  побудови  розрахункової залежності  знайти параметри і терморезиотора по двом експериментальним точкам статичної температурної характеристики опорні точки взяти крайні точки експериментальної залежності з координатами .

    Визначення  параметрів і зводиться до вирішення системи рівнянь

    Побудувати  графік розрахункової залежності в одній системі координат з графіком та порівняти на скільки розрахункова залежність співпадає з експериментальною. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рис. 3. Схема лабораторної установки для зняття статистичних температурних характеристик 

      
8. Звести експериментальні та  розрахункові лані в таблицю  1.

    Таблиця 1

 
4.2. Визначення температурної характеристики термоелектричного датчика

    1. За допомогою контрольного термометра Т1 вимірять температуру холодних кінців термопар .

    2 Одночасно знімати показники  мілівольтметра mV через кожні 100 від до С. Результати занести и таблицю 2. 

Таблиця 2

 

       ;        ;          ; 

    3. За даними таблиці 2 побудувати статистичну температурну характеристику батареї термопари , визначити чутливість батареї та окремої термопари.

5. Зміст звіта

    Ціль  роботи, елетрична схема макета, результати вимірів по кожному пункту завдання, висновки. 
 
 
 
 
 
 

    Висновок. 

    Виконавши лабораторну роботу №1 на тему : «Визначення  параметрів датчиків температури», ми побачили що робота датчика температури  основана на відомій фізичній залежності опору напівпровідника від температури. І його можна описати по приведеній формулі . Ця залежність називається статистичною температурною характеристикою.  З графіку цієї характеристики можна сказати, що при підвищенні температури опір терморезистора зменшується. І величина зміни опору прямо прямопропорційно  залежить від параметра . Чим він більший, тим більша відносна зміна опору терморезистора. Ми визначили, що статистична температурна характеристика, в загальному випадку, не лінійна функція. Однак в деякому діапазоні температур може бути апроксимована в лінійну залежність.