Тепловые преобразователи (стр. 5 из 6)

В настоящее время не на все типы выпускаемых ПТР имеются стандарты. Основные характеристики некоторых из этих типов ПТР, не вошедших в табл. 5, даны в табл. 6. В графе «постоянная В» приводятся два диапазона возможных значений В: первая строка относится к низким температурам, а вторая — к высоким. Номинальные сопротивления ПТР типов КМТ-14, СТ1-18, СТ1-19 нормируются для 150 °С, остальные — для 20 °С.

Таблица 6

Тип ПТР	Номинальное сопротивление, кОм	Постоянная В, 10* К	Диапазон рабочих температур, "С	Коэффициент рассеяния, мВт/К	Постоянная времени (не более), с
ММТ-6 СТЗ-6КМТ-10СТ4-2СТ4-15СТ4-17 КМТ-14 СТЗ-14СТ1-18 СТЗ-19 СТЗ-25	10—1006,8-8,2 100—3300 2,1-3,01,5—1,81,5—2,2 0,51—7500 1,5-2,21,5—2200 2,2—153,3-4,5	20,620,5—24 3634,7—36,336,3—41,2 23,5—26,5 29,3—32,6 32,6—36 41—7026—33 27,5—36 40,5—9026—32	—60...+125—90...+125 0...125—60...+125—60...+180—80...+100—10... +300—60...+125—60...+300—90...+125—100...+125	1,71,6-363620,8 1,10,20,5 0,08	3535---30604130,4

5. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ЦЕПИ ТЕРМОРЕЗИСТОРОВ

Измерительные цепи терморезисторов строят обычно или на основе уравновешенных мостов или используя преобразование сопротивления

в напряжение.

На рис. 13, а показана упрощенная схема измерительной цепи самопишущего термометра типа КС. Металлический терморезистор R_Qвключается здесь в мост, образованный резисторами R_tR₂, R₃ и реохордом R_р. Мост питается от источника переменного напряжения 6,3 В через добавочный резистор R_д. Выходное напряжение моста подается на усилитель неравновесия УН, управляющий работой двигателя Д, связанного с движком реохорда и пером самописца. Вращаясь, двигатель перемещает движок реохорда до тех пор, пока мост не придет в состояние равновесия. „ Перемещение движка пропорционально изменению сопротивления R, и шкала прибора градуируется по температуре.

Как видно из рис. 13, а, терморезистор в данном случае присоединен к мостовой цепи с помощью трехпроводной линии связи. Благодаря этому уменьшается погрешность, вызываемая изменением сопротивления проводов линии. Действительно, сопротивления проводов r₁и r₃включены в соседние плечи моста (последовательно с R_Qи R₃),а сопротивление провода r₂ включено последовательно с источником питания. Таким образом, r₂вообще не влияет на состояние равновесия, а влияния сопротивлений r₁и r₃в значительной степени компенсируют друг друга.

Если обозначить буквой ц относительное перемещение движка реохорда от нижнего по схеме зажима, то условие равновесия моста в схеме рис. 11-14, а запишется следующим образом:

Из этого равенства соответственно найдем

Последнее соотношение позволяет количественно оценить влияние нестабильности сопротивлений r_tи r₃на показания прибора h.

Широкое распространение цифровых вольтметров привело к тому, что в настоящее время получили применение измерительные цепи, основанные на преобразовании сопротивления в напряжение.

На рис. 13,6 показана схема преобразователя сопротивления в напряжение, содержащая неравновесный мост, в одно из плеч которого включен по трехпроводной схеме терморезистор R_Q.. Благодаря использованию в цепи операционного усилителя ОУ достигается линейная зависимость выходного напряжения U_вых от сопротивления R_Q.. Напряжение на выходе ОУ, которое является напряжением питания моста, равно

U = U_o (R_t+ R_Q + r₁ + r₃)/R₁

Выходное напряжение моста определяется как

Если

= R₂ = R₃= Rи R_Q = R +DR, то

Как видно из последнего выражения, сопротивления проводов r₁и r₃компенсируют друг друга и при r₁= r₃выходное напряжение U_вых = 0,5 U₀DR/R. Напряжение питания U_oограничивается значением допустимого тока через терморезистор, ток через терморезистор определяется формулой I = U_O/ R₁.

Рис. 14

Радикальным методом борьбы с влиянием проводов соединительной линии является использование четырехпроводного включения терморезистора. Четырехпроводное включение показано на рис. 14, а. Через терморезистор протекает ток I₀, задаваемый стабилизатором тока или специальным источником с большим внутренним сопротивлением. Таким образом, сопротивления проводов r₁ иr₄а также изменение сопротивления R_Qне влияют на ток I₀. Если для измерения напряжения U_выхиспользовать вольтметр с высоким входным сопротивлением, то сопротивления проводов r₂ иr₃также не повлияют на результат измерения. Так обеспечивается практически полное исключение погрешностей, вызванных нестабильностью сопротивлений проводов соединительной линии, а напряжение U_выхопределяется простым соотношением U_вых = I₀/R_Q

Один из возможных вариантов цепи с источником тока и четырехпроводной соединительной линии показан на рис. 14, б. Источник тока здесь построен на основе операционного усилителя ОУ1 и резисторов с сопротивлениями R_t— R₄. Как известно [1], если в такой цепи установить R₄ /R₃ — R₂ /R₁ , то ток I₀, поступающий в терморезистор Re(при условии, что R₇ = ¥), будет определяться соотношением

I=U₀/R₃ .

Операционный усилитель ОУ2 обеспечивает поддержание нулевого потенциала на нижнем зажиме терморезистора R_Qвне зависимости от сопротивления проводов r₃и r₄. Благодаря этому напряжение между проводом r₂и землей оказывается пропорциональным R_Qи отпадает необходимость в использовании дифференциального усилителя.

Построенный на основе операционного усилителя ОУЗ неинвертирующий усилитель обеспечивает выходное напряжение, равное

(7)

Если требуется, чтобы при начальном значении сопротивления терморезистора R_Q = R_oобеспечивалось равенство выходного напряжения U_выхнулю, то отношение R₆/R₅следует выбирать в соответствии с равенством R₆/R₅ = R₀/(R₃ — R₀). Тогда

U_вых=. U_o (R_Q - R₀)/( R₃ - R₀).

Вводя в измерительную цепь (рис. 14, б) резистор R₇, можно скорректировать в некоторых пределах нелинейность преобразования температуры в сопротивление R_Q(если таковая нелинейность имеется). При введении R₇нужно скорректировать значения сопротивлений R₁ - R₄ так, чтобы выполнялось равенство /?₄(R_a+ #7У(#з#7) — = R^Ri- При этом ток I₀ оказывается равным I₀ = U_o/R₃ + U_BbIX/R₇.

Подобным путем при правильном выборе элементов цепи удается скорректировать погрешность линейности платинового термометра сопротивления и уменьшить эту погрешность в диапазоне измерения О—400 °С до значения 0,1—0,2 °С. Без линеаризации погрешность линейности составляет около 8 ^СС.

Полупроводниковые терморезисторы имеют весьма нелинейную зависимость сопротивления от температуры (кривая 1 на рис. 15, а). Для полупроводниковых терморезисторов разработаны специальные линеаризующие цепи.

Простейшая из таких цепей образуется при шунтировании полупроводникового терморезистора постоянным сопротивлением, как это показано на рис. 15,6. Линеаризованное сопротивление изменяется в зависимости от температуры в соответствии с кривой 2 на рис. 15, а. Для того чтобы получить точку перегиба кривой 2 при заданной температуре Т_п (Т_пцелесообразно задать в середине диапазона измеряемых температур), нужно выбрать R_1.

Часто одновременно с линеаризацией проводят также унификацию характеристик полупроводниковых терморезисторов, т. е. строят двухполюсники с одинаковыми характеристиками при использовании в них терморезисторов с несколько различающимися параметрами. При этом измерительная цепь, естественно, усложняется. Один из возможных вариантов унифицирующей цепи показан на рис. 15, в.

Рис. 15

Путем подбора сопротивлений резисторов R_uR₂и R₃можно совместить реальную характеристику с желаемой в трех точках. При этом средняя точка, соответствующая перегибу зависимости сопротивления от температуры, будет при температуре Т_п, если выполнено условие R₁ + R₂= R_тп (В - 2Т_п)/(В + 2Т_п).

Для линеаризации при работе с полупроводниковыми терморезисторами можно использовать также нелинейную зависимость напряжения от одного из сопротивлений в резистивном делителе или неравновесном мосте. На рис. 15, гпоказана цепь подобного рода, содержащая операционный усилитель ОУ. В этой цепи напряжение с делителя R₁R_Qподается на неинвертирующий вход усилителя ОУ