Термопреобразователи сопротивления. Принцип действия, конструкции, характеристики. Измерение термосопротивления.

Принцип действия основан на зависимости электрического сопротивления металлов и полупроводников от температуры.

Диапазон измеряемых температур составляет для разных датчиков от -260 С до +1100С.

Ряд требований к материалам:

- стабильность градуировки

- воспроизводимость наим статич хар-ки, обеспечивающая взаимрсвязь изготовленного ТС

-высокое значение температурного коэффициента сопротивления

-невысокая стоимость материала

Металлические ТС изготавливаются из меди, никеля и платины. Зависимость электрического сопротивления от температуры Т принимается линейной в виде , где  - сопротивление проводника при начальной температуре; температурный коэффициент проводника.

Градуировка термометра опр-ся отнош-ем , R при 1000С, R при 00С.

В обозначении прибора указывают его основные характеристики (Pt100-означает платиновый термометр с Ro=100 ОМ и W100=1,391).

Cu термометры: им-ют стат хар-ку вида где α темпер коэф R. Преимущества Cu термометров это лин-я стат хар-ка. Недостаток узкий диапазон от -500С до +1800С. При более выс t0С Cu нач окисл и хар-ки терм-ра изм; невыс надежность. Дост-во: низк стоимость.

Широкоприменяют чувствительные элементы изготовленные по плёночной технологии. Они маленькие и содержат малое количество никеля.

Полупроводниковые термометры сопротивления (термисторы) применяются в диапазоне -100-+300. Из-за большого отрицательного коэффициента температуры сопротивления они высоко чувствительны. Их недостаток в значительной нелинейности статической характеристики. Используется в системах температурной сигнализации из-за ярковыраженного релейного эффекта.

Погр-ть терм-ра R норм-ся обсол погрешностью. Терм-ры Pt-е выпуск 3-х классов точности: А,В,С, а Cu-е 2-х классов В и С.

Констр-но терм-тр предст собой либо каркас, на кот. бифилярно намотана проволока, либо подложку, на кот. напыляется слой Cu или Pt. Бифил-ная намотка прим. для того, чтобы катушка не имела индуктивность, R δ(напыление) проволоке ~0,05 до 0,1мм. В образц. Pt терм-ов δ проволоки до 0,5мм. Это подложка наз. ЧИП-резистр.

Сопротивление термосопротивления измеряют несколькими способами: измеряя падения напряжения  на нём при известном токе  или используются мосты и логометры.

Логометры

Подвижная система прибора представляет собой две жестко скрепленные между собой под острым углом рамки с сопротивлениями r1 и r2, свободно поворачивающиеся в подпятниках. Рамки движутся в зазоре между сердечником и  полюсами N и S постоянного магнита. Этот зазор имеет переменное сечение, которое увеличивается от центра (ось 0-0) к краям. В результате этого магнитная индукция в зазоре соответственно от центра краям уменьшается. Для увеличения чувствительности рамки включены в мостовую электрическую схему таким образом, чтобы их вращающие моменты М1 и М2 были направлены навстречу друг другу. Кроме того, номиналы элементов моста подбираются таким образом, чтобы мост был уравновешен при сопротивлении ТС, соответствующем середине шкалы. Таким образом, ток, протекающий по рамкам, определяется падением напряжения на соответствующем плече моста (са или cb) и током разбаланса Iн, протекающим в измерительной диагонали.

Пусть мост уравновешен (измеряемая температура соответствует середине шкалы). При увеличении измеряемой температуры увеличится сопротивление термометра Rt. При этом падение напряжения uad увеличится, а падение напряжения uac соответственно уменьшится. Следовательно, уменьшится составляющая тока i1ас, протекающего по первой рамке, обусловленная uac. В то же время потенциал точки a станет выше потенциала точки b, что приведет к появлению тока небаланса Iн. Направление этого тока противоположно направлению i1ас, и совпадает с направлением i2сb. В результате ток i1 еще больше уменьшится, а ток i2 – увеличится.

Следовательно, увеличится момент:

   (4)который станет больше момента.   (5)

Появится разность моментов:(6)

где K1 и K2 – конструктивные постоянные.

Под действием разности моментов подвижная система начнёт поворачиваться по часовой стрелке. При этом первая рамка будет двигаться в зазор с большей магнитной индукцией, и момент М1 начнет увеличиваться. Вторая рамка попадает в зазор с меньшей магнитной индукцией, и момент М2 уменьшается. При некотором положении рамок М1 снова станет равным М2. Наступит равновесие подвижной системы, определяемое отношением токов:

(7)

или (8) где  – угол поворота рамок.

После ряда преобразований можно показать, что  = f(Rt). Поэтому показания логометра не зависят от напряжения питания при его колебании в пределах +20% от номинального.Для уменьшения влияния температуры на соединительные провода ТС подключаются по 3-х-проводной схеме. Сопротивление R5 предназначено для установки пределов измерения, R6 – медное сопротивление для компенсации влияния температуры окружающей среды на рамки логометра. В отличие от уравновешенных мостов у Rnp логометров для двух- и трехпроводной схемы внешнее сопротивление Rпр стандартизируется. Обычно для первой схемы:

Rnp = 2,5 + 0,01 Ом и Rnp = 7,5 + 0,03 Ом,

а для второй схемы:

Rnp= 5 + 0,02 Ом и Rnp= 15 + 0,06 Ом.

Значения Rnp указываются на шкале и в паспорте прибора.Современные логометры выпускаются следующих типов: Ш69001, Ш69006, Л–64 и др.

Преимущество логометров в том, что отсутств-ет уравновешивающая пружина и прибор менее чувствителен к изменениям питающего U. Для выс-ой чувствит-ти рамки вкл-ют в схему неуравн-го моста. Резист может подключаться (термометр R) как по 2-х, так и по 3-х проводной схеме.

Измерительные мосты – равновесные и неравновесные.

В большинстве случаев в комплекте с ТС работают уравновешенные мосты постоянного или переменного тока. Упрощенная электрическая схема показана на

Мост состоит из двух постоянных сопротивлений R1 и R2, реохорда Rp и сопротивления термометра Rt. Сопротивления соединительных проводов прибавляются к сопротивлению Rt. В одну диагональ моста включен источник питания, а в другую – нуль-прибор РА. При равновесии моста, которое достигается перемещением движка по реохорду Rp, ток в измерительной диагонали моста I0 = 0. В этом случае потенциалы на вершинах моста b и d равны, ток от источника питания разветвляется в вершине моста a на две ветви I1 и I2, падение напряжения на резисторах R1 и R2 одинаково

При изменении сопротивления Rt, равновесие моста нарушается и его можно восстановить путём изменения величины сопротивления реохорда Rр*. При этом положение движка реохорда будет соответствовать измеряемой температуре и её определяют по шкале прибора Шк. Это справедливо, если колебания температуры среды, в которой расположены соединительные провода с сопротивлением 2Rnp, не существенны.