Курсовая работа: Розробка цифрового термометру

Температуру вище 1064,43 ^о С визначають із співвідношення спектральної енергетичної яркості випромінювання абсолютно чорного тіла при даній температурі до спектральної енергетичної яркості випромінювання при тем-пературі застигання золота при тій же довжині хвилі.

1.2 Термоелектричні перетворювачі

Термоелектричними перетворювачами є термопари.

Термопара – термочутливий елемент в пристроях для вимірювання температури, системах управління і контролю. Складається з двох послідовно з’єднаних (спаяних) між собою різнорідних провідників або напівпровідників. Якщо спай знаходиться при різних температурах, то в колі термопари виникає термое.р.с., величина якої однозначно пов’язана з різницею температур “гарячого” і “холодного” електродів. Вільні кінці термоелектродів підмикають до вимірювального приладу або до підсилювача напруги.

Для вимірювання термое.р.с., яку розвиває термопара, в її коло вмикають вимірювальний прилад. На рисунку 1.1 зображено основні схеми увімкнення термопар. Найчастіше застосовують схему, зображену на рисунку 1.1,а. Диференціальну термопару використовують для вимірювання різниці темпе-ратур (рисунок 1.1,б).

Діапазон вимірювання температур термопарами: від температур близьких до “абсолютного нуля” до кількох тисяч градусів.

а) б)

Рисунок 1.1 – Схема увімкнення вимірювального приладу в холодний

спай а) і диференційна схема б)

1.3 Термометри опору

Термометри опору – прилади для вимірювання температури, дія яких основана на зміні електричного опору металів і напівпровідників від зміни температури. Термометри опору складаються із термоперетворювача (терморезистора або як і ще їх називають термістора), защитного чохла і з’єднувальної головки. Чутливий елемент металевого термометра опору являє собою обмотку на теплостійкому ізольованому каркасі із тонкої мідної, платинової, вольфрамової або молібденової проволки.

Діапазон вимірювання температур металевих термометрів опору типу ТСП від мінус 200 до плюс 650 ^о С, а типу ТСМ від мінус 50 до плюс 180 ^о С.

Чутливий елемент напівпровідникового термометрів опору виконаний у вигляді шайби або бусинки із напівпровідникового металу (мідно-маргенцеві, кобальто-маргенцеві порошки з добавками). Наприклад, КМТ-14, ТР-9,СТ1-19.

Термометри опору частіше всього включають в зрівноважену мостову схему (рисунок 1.2).

U

Рисунок 1.2 – Мостова схема включення термометра опору

Зрівноваження моста здійснюється за допомогою потенціометра R, шкала якого проградуйована в значеннях температури. При вимірюванні, потенціомет-ром R добиваються нульового положення гальванометра, яке наступить в момент рівноваги мостової схеми

R_t · R ₂ = R · R ₁ . (1.1)

Недоліком одинарної мостової схеми є додаткова похибка, яка вноситься опорами провідників, якими термометр опору підключається до мостової схеми.

При зміні температури навколишнього середовища змінюється і опір цих провідників, що не дає можливості компенсувати вказану похибку. Для зниження цієї похибки використовують трипровідну схему підключення термометрів опору. В цьому випадку опори проводів виявляються не в одному, а в різних плечах моста і тому їх вплив суттєво зменшується. При симетрії моста їх опори віднімаються.

1.4 П’єзоелектричні термоперетворювачі

Принцип дії п’єзоелектричних перетворювачів грунтується на явищі п’єзо-електричного ефекту. Якщо на грані діалектрика діє механічна напруга Р , то на них утворюються електричні заряди. Це явище називають прямим п’єзоефектом. Якщо на грані діалектрика діє зовнішне електричне поле, то діалектрик нако-пичує механічну деформацію; це явище називається зворотнім п’єзоефектом.

Відповідні термоперетворювачі засновані на використанні прямого п’єзо-електричного ефекту, що полягає у виникненні електричних зарядів на поверхні деяких кристалів (кварцу, сегнетової солі та ін.) під дією механічних напруг [4].

При вимірюванні температури, знаходять застосування п’єзорезонатори, в яких використовується одночасно прямий і зворотний п’єзоефекти. Останній полягає в тому, що якщо на електроди перетворювача подати змінну напругу, то в п’єзочутливому елементі (пластині) виникнуть механічні коливання, частота яких f_p (резонансна частота) залежить від товщини пластини, модуля упругості, густини її матеріалу. При включенні такого перетворювача в резонансний контур генератора частоти, частота генерованих електричних коливань f_t буде зале-жати від температури.

З урахуванням вище сказанного, можна записати рівняння перетворення п’єзоелектричного термоперетворювача

f_t = f_p + S t_x , (1.2)

де f_p – частота генерованих коливань при температурі t = 0 ^o Cскладає в середньому 1 кГц;

S – чутливість термоперетворювача, яка може досягати 1000 Гц/К;

t – вимірювана температура.