Контрольная работа: Датчики

Температурою називають фізичну величину, що характеризує ступінь нагрітості тіла. Вимірювати температуру можна тільки непрямим шляхом, ґрунтуючись на залежності від температури фізичних властивостей тіл, що піддаються безпосередньому вимірюванню. Ці властивості тіл називають термометричними. До них відносять довжину, обсяг, густину, термоЕРС, електричний опір і т.д. Засіб виміру температури називають термометром [1,2].

Засіб виміру температури, заснований на властивості металів і напівпровідників змінювати свій електричний опір зі зміною температури, називають термометром опору або термоперетворювачем опору. Якщо апріорно відома залежність між електричним опором термоперетворювача опору і його температурою , (тобто – градуювальна характеристика), то, виміривши , можна визначити значення температури середовища, у яке він занурений. Термоперетворювачі дозволяють надійно вимірювати температуру в межах від –260^о С до +1100^о С.

До чутливих елементів термоперетворювачів опору (металевих дротів) пред’являється ряд вимог, основними з яких є стабільність градуювальної характеристики, а також її відтворюваність, що забезпечує взаємозамінність виготовлених термоперетворювачів опору. До числа не основних, але бажаних вимог відносяться: лінійність функції , по можливості високе значення температурного коефіцієнта електричного опору (зміна електричного опору речовини при зміні його температури) , великий питомий опір і невисока вартість матеріалу. Матеріал, застосовуваний для чутливого елемента термометра опору, повинний бути хімічно інертним і не змінювати своїх фізичних властивостей в інтервалі робочих температур. Дослідженнями встановлено, що чим чистіше метал, тим у більшої ступені він відповідає зазначеним основним вимогам.

У промисловості часто застосовуються термоперетворювачі опору, залежність опору яких від температури в робочому діапазоні температур описується рівнянням:

, (1)

де – електричний опір термоперетворювача при температурі ;

– електричний опір термоперетворювача при температурі ;

– температурний коефіцієнт.

Градуювальна характеристика (1) буде лінійною при постійному значенні температурного коефіцієнта . Температурний коефіцієнт прийнято характеризувати рівнянням:

,

де і – відповідно опір речовини при 0 і 100 ^о С.

Для виготовлення термометрів опору найбільш придатні по своїх фізико-хімічних властивостях платина і мідь. У діапазоні температур, для яких застосовуються термометри опору, можна вважати значення температурних коефіцієнтів постійними і рівними для платини , для міді [3].

Особливо важливу роль при використанні датчиків у системах виміру, контролю і регулювання грають їхні динамічні характеристики: передаточна функція, перехідна характеристика й ін.

Передаточна функція термометра опору має вигляд [4]:

, (2)

, (3)

де – об’єм матеріалу, з якого виготовлений термометр опору;

– густина матеріалу; – питома теплоємність матеріалу;

– коефіцієнт тепловіддачі;

– площа поверхні тепловіддачі термометра опору.

Будемо вважати, що термометр опору встановлений у трубі, по якої протікає рідина з турбулентним режимом течії. При цьому коефіцієнт тепловіддачі від рідини до термометру опору (при відсутності захисного кожуха) можна розраховувати по спрощеній формулі, що враховує властивості матеріалу, з якого виготовлений термометр опору [5]:

(4)

де – коефіцієнт тепловіддачі;

– коефіцієнт теплопровідності;

– питома теплоємність.

Промислові термометри опору виготовляються незахищеними, захищеними від впливу неагресивних середовищ і захищеними від впливу агресивних середовищ. Матеріал захисної арматури термометрів опору не повинний робити хімічного впливу на дріт чутливого елемента, повинний бути жаростійким, вологонепроникним і мати досить високу механічну міцність. Захисна арматура складається з труби з завареним дном, пересувного або нерухомого штуцера і голівки. Пересувний штуцер має чепцеве ущільнення [2].

Передаточна функція захисного кожуха визначається рівнянням:

, (5)

. (6)