Полупроводниковые терморезисторы

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 11Следующая ⇒

Общие сведения. В качестве датчиков температуры используют элементы, физические свойства которых существенно зависят от температуры и незначительно подвержены влиянию других факторов, например влажности, состава среды и т. п. К таким физическим свойствам относятся явления теплового линейного или объемного расширения, изменения сопротивления, Емкости или термоэлектродвижущей силы специального элемента, находящегося в контакте, с контролируемой средой. Многие датчики используют принцип изменения физических параметров самой контролируемой среды под действием температуры, давлении, плотности, вязкости и интенсивности радиационных излучений.

К датчикам, основанным на принципе теплового расширения жидкостей и газов, относятся жидкостные объемные и контактные термометры и манометрические термодатчики.

Для дистанционного контроля температуры служат термопары, термометры сопротивления, полупроводниковые терморезисторы.

Особенно большое распространение для дистанционного измерения температуры, сигнализации о повышении температуры в установках и различных агрегатах, как воспринимающие органы в различных схемах, автоматики и телемеханики, а также в качестве термокомпенсаторов, стабилизаторов напряжения, ограничителей пускового тока, датчиков уровня жидкости и сыпучих материалов получили полупроводниковые терморезисторы (ПТР). Область применения ПТР непрерывно расширяется.

Сейчас промышленность выпускает несколько десятков типов ПТР с разнообразными электрическими параметрами: например, медно-марганцевые типа ММТ и кобальтомарганцевые типа КМТ сопротивлением от 1 Ом до 1 МОм (при 20°С) с отклонением от номинала не более 20%. У полупроводниковых терморезисторов в отличие от металлических сопротивление больше и сильнее зависит от температуры.

Уравнение температурной характеристики

где Т - температура, К;

и В - постоянные коэффициенты, определяемые по формулам

и — сопротивления ПТР при температурах Т1 и Т2 соответственно. Температурный коэффициент сопротивления ПТР отрицателен и в десятки раз больше, чем у металлов причем не остается постоянным а, уменьшается с увеличением температуры Т.

Серийно выпускаемые ПТР могут работать при температурах от — 40 до +180⁰С и даже больших, при давлениях до 10⁶ Н/м² и относительной влажности до 70%. Специальные герметизированные ПТР предназначены для использования в условиях агрессивной окружающей среды.

Характеристики ПТР относительно стабильны. По механической прочности и вибростойкости ПТР не уступают радиотехническим сопротивлениям. Срок их службы при нормальных режимах работы практически неограничен.

Максимально допустимая мощность рассеивания ПТР составляет для различных типов от 5 до 800 мВт.

Значительное сопротивление ПТР позволяет пренебречь сопротивлениями подводящих проводов, контактов и контактными э. д. е., что дает возможность измерять температуру на больших расстояниях.

Тепловая инерционность ПТР примерно равняется инерциальности обычного ртутного термометра, а для некоторых типов ПТР в десятки раз меньше, что позволяет использовать их в

качестве чувствительных датчиков при регулировании температуры малоинерционных объектов.

Программа и методика выполнения работы

Приборы и оборудование.

1. Комбинированный прибор М92.

2. Переменный резистор ППБ - 50Г

3. Термопара ТХК

4. Фотодиод ФД265А

Задание 1. Снятие характеристики потенциометрического датчика.

1. Однотактный потенциометрический датчик.

1.1. К резистору Rp, размещенному на лабораторном стенде, подключить постоянное напряжение 20 В.

1.2. К выходу датчика подключить комбинированный прибор на пределе измерения 200 В.

1.3. Поворачивая рукоятку потенциометра Rp, через каждые 30 делений фиксировать по прибору выходное напряжение.

1.4. Результаты наблюдений занести в таблицу 1.

Таблица 1 - зависимость выходного напряжения от сопротивления

Дел.

Uвых.

2. Двухтактный потенциометрический датчик.

2.1. Комбинированный прибор подключить между ползуном п средней точкой потенциометра.

2.2. Изменяя положения ползуна датчика, наблюдать за изменением величины и полярности выходного напряжения.

2.3. Результаты наблюдений занести в таблицу 2.

Таблица 2 - Зависимость выходного напряжения от сопротивления

Дел.

Uвых.

Задание 2. Снятие характеристики фотодатчика.

Ознакомиться с блоком 1, сектором А2.

К резистору Rp, размещённому на стенде, подключить постоянное напряжение 20 В.

3. Регулируемое напряжение, снимаемое с Rp, подключить к гнездам XI, Х2 осветительной лампы (блок 1, А2). Для контроля напряжения освещения к этим же гнездам — XI, Х2 подключить прибор на пределе измерения 200 В.

4. К гнездам ХЗ, Х4 фотодиода подключить второй вольтметр на пределе измерения 2 В — для измерения фото ЭДС.

5. Результаты измерений занести в таблицу 3.

Таблица 3 - Зависимость фото ЭДС от напряжения освещенности

Uocв	в
Еф.	В

Задание 3. Исследование термопары.

1. Ознакомиться с блоком 1, сектором A3.

2. К гнездам XI, Х2 нагревательного элемента подключить переменное напряжение 24В.

3. К гнездам Х4, ХЗ термопары подключить комбинированный прибор на пределе измерения 200 мВ.

4. Наблюдая за показаниями вольтметра при нагревании, а затем при остывании нагревательного элемента, сделать вывод о том какие процессы происходят в термопаре.

Оформление отчета

1. Зарисовать схемы включения потенциометрического датчика и таблицы результатов 1, 2.

2. Построить характеристики для каждой схемы датчика:

U_BbIX = f(x).

3. Определить чувствительность датчика для каждой схемы включения по формуле:

где = 30 дел. X = 120 дел.

4. Зарисовать схему включения фотодиода и таблицу 3.

5. По данным таблицы 3 построить характеристику фотодатчика:

Е_ф= f(U_осн)

6. Зарисовать схему включения термопары.

Контрольные вопросы

1. В чем состоит назначение датчиков в системах автоматики?

2. По каким признакам классифицируются датчики?

3. Что такое чувствительность датчика?

4. Расскажите о работе поршневых, мембранных и сильфонных датчиков давления.

5. В чем заключается принцип действия датчиков давления с электрическими и термическими воспринимающими органами?

6. Расскажите о принципе действия тензометрических датчиков.

7. Как можно тензодатчиком измерить механические усилия во вращающихся частях машин?

8. Какими датчиками удобнее измерять механические усилия на большом расстоянии?

9. Почему чувствительность тензодатчиков меньше тензочувствительности материала, из которого изготовлен датчик?

10. Расскажите о преимуществах и недостатках фоторезисторов, сравнивая их с вакуумными и полупроводниковыми фотоэлементами.

11. Для каких целей используются фотоэлементы в схемах автоматики?

12. Что понимается под темновым током фоторезисторов?

13. Объясните физическую сущность явлений внешнего и внутреннего фотоэффекта.

14. Перечислите типы датчиков температуры и объясните принципы их работы.

15. Назовите типы ПТР.

16. Расскажите о преимуществах ПТР, сравнивая их с металлическими терморезисторами.

17. Перечислите основные характеристики ПТР.

Лабораторная работа 2

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 7 8 9 10 Следующая ⇒