где R0 –сопротивление при 0 °С (273 К),

R1 - сопротивление при T1,

a - температурный коэффициент равный для Pt 3.9*10-3 K-1 и Ni 5.39*10-3 K-1.

Сопротивление при 0 °С в большинстве случаев выбирается равным 100 Ом. В таких случаях ТР обозначают Pt-100 или Ni-100.

Высокое электрическое сопротивление ТР позволяет пренебрегать сопротивлением подводящих проводов, контактным сопротивлением и ЭДС, что дает возможность измерять температуру на расстоянии в несколько км от точки измерения. Во всех случаях использования ТР для измерения температуры необходимо ограничить ток, проходящий через чувствительный элемент, чтобы не допустить изменения его сопротивления из-за самонагревания.

ТР включают в основном в мостовые схемы, простейшей разновидностью которой является измерительный мост (или мост Уитсона) (см. рис 5.10).

В случае измерения напряжения оно получается равным

При этом нужно использовать высокоомный вольтметр, так как между точками 1 и 2 не должен протекать ток. Если применяется низкоомный амперметр, то между точками 1 и 2 возникает ток короткого замыкания, определяемый выражением

где IS - ток питания.

Практически применимая схема показана на рис.5.11.

Рис.5.11. Принципиальная схема прибора для измерения температуры

Измерительный ток IS должен быть очень мал. чтобы не вызывать нагревание резистора Rth, которое может привести к ошибкам измерения. Эта так называемая погрешность самонагрева зависит от подводимой электрической мощности (Р =I2R), величины отводимого тепла и приборной постоянной ЕК, называемой коэффициентом самонагрева. Обусловленное самонагревом повышение температуры можно рассчитать по формуле

где Т1 и Т2 - значение температуры при наличии и отсутствии измерительного тока IS , Р - подводимая к измерительному сопротивлению мощность (в милливаттах), ЕК - коэффициент самонагрева (м Вт/°С).

Обычно величину ЕК как характеристику датчика указывают для измерений в воде и воздухе.

Пример:

При измерении температуры воздуха датчиком типа W60/24 применена схема рис. 5.11.

При 0°С имеем R1 = R2 = RV= Rth=100 Ом.

Коэффициент ЕК для Pt - 100 (W60/24) равен 4 мВт / °С. При необходимости измерения с погрешностью не более 0.25°С через датчик должен протекать измерительный ток, равный лишь

.

Следовательно, ток IS должен быть равен 6 мА. а соответствующее ему добавочное сопротивление

Сигналы измерительного моста с помощью мостикового усилителя тока преобразуются в напряжение. При этом сопротивления R3 и R4 должны быть выполнены в виде 0.1 %-ных металлопленочных резисторов. В зависимости от типа датчика R3 и R4 находятся в диапазоне от 1 до 50 кОм. Калибровка измерительной схемы осуществляется с помощью потенциометра R7 во втором, неинвертирующем каскаде усилителя. Коэффициент усиления этого каскада определяется сопротивлениями R5, R6, R7. При R5 = R7 = 1 МОм и R6 = 100 кОм измерительный сигнал можно усилить еще примерно в десять раз. Резистор R8, и конденсатор С1 формируют RC - цепочку для фильтрации и демпфирования сигнала. Типичными параметрами являются R8 = 10 кОм и С1 = 4.7 мкФ.

Настройка схемы осуществляется следующим образом.

1. Определить R* по заданному ЕК.

2. Впаять R* и проверить IS путем измерения падения напряжения на R*.

3. Погрузить датчик температуры Rth в ванну с тающим льдом.

4. Регулирующим потенциометром RV установить напряжение на нуль.

5. Датчик температуры Rth погрузить в ванну с кипящей водой.

6. Регулирующим потенциометром R7 установить выходное напряжение на 1В.

Если чувствительность недостаточна, то сопротивление R3, R4 следует увеличить. При слишком высокой чувствительности эти сопротивления следует уменьшить. В качестве Rth можно применять любые, выпускаемые промышленностью, терморезисторы типа Rt-100.

2. Датчик влажности

При описании влажности воздуха следует различать следующие понятия.

Абсолютная влажность Fabs – показывает, какое количество воды содержиться в 1 м3 воздуха:

Fabs=масса воды/объем воздуха[г/м3]

Влажность насыщения Fsal – характеризует такое количество воды, которое может содержаться в 1 м3 воздуха при определенной температуре и атмосферном давлении без образования конденсата:

Fsal(T)=макс к-во воды/объем воздуха[г/м3]

Относительная влажность Frel(T) – представляет собой выраженное в % отношение абсолютной влажности влажности насыщения. По этой причине влажность также зависит от температуры:

В данном курсовом проекте я предложил использование емкостных датчиков влажности. Они характеризуются простотой в обращении, а также относительной дешевизной. Эти датчики состоят из специальной пленки с запыленным с двух сторон слоем золота (фирма Valvo). Т.о. пленка служит диэлектриком плоского конденсатора. С помощью измерительной схемы, изменение емкости можно преобразовать в постоянное напряжение.

Некоторые технические характеристики датчика влажности фирмы Valvo приведены в таблице 5.5.

Таблица 5.5.

Зависимость С датчика от влажности воздуха (Frel) приведена на рис.5.12. Т.к. эта характеристика изогнута (нелинейна), непосредственную индикацию можно осуществлять только при соответствующим образом откалиброванной шкале или с помощью дополнительно включенной схемы линеризации.

Общая емкость датчика равна

где Со—емкость при нулевой влажности, DC—изменение емкости из-за наличия влаги. Емкость датчика CS слабо зависит от измерительной частоы, как видно из рис. 5.14. Потому незначительное изменение измерительной частоты не оказывает влияние на показания датчика.

Важной характеристикой, определяющей применимость датчика, является его время срабатывания или постоянная времени. При резком изменении влажности датчику требуется около 2 мин для достижения 90% окончательного показания (рис. 5.15), соответствующего вновь установившейся влажности.

Изменения емкости можно, естественно, как и изменения сопротивления, измерять с помощью измерительного моста. Соответствующая схема показана на рис. 5.16. Она состоит из моста для измерения емкости с датчиком влажности в качестве активного элемента. Мост питается переменным напряжением с частотой около 100 кГц. С помощью построечного конденсатора С0 выходное напряжение U0 устанавливается на нуль при = 0. При изменении емкости DC выходное напряжение Uo служит мерой этого изменения и соответственно изменения влажности.

3. Датчик освещенности

Датчик освещенности построен на фототранзисторе.

Принцип работы фототранзистора основан на усилении генерируемого фототока в B раз (B – коэффициент усиления тока базы) для получения большего тока коллектора. Некоторая нелинейность усиления фототока объясняется зависимостью B от тока коллектора; кроме того, как и во всех транзисторах, темновой ток зависит от температуры. В последнее время в результате большого прогресса в технологии фотодиодов фототранзисторы отошли на второй план, но тем не менее они по-прежнему используются благодаря своему важному преимуществу – наличию внутреннего усиления.

На рис. 5.17 показана принципиальная схема простого измерителя освещенности на фототранзисторе.

Рис. 5.17. Датчик освещенности на базе MT2 7935.

Схема питается от источника с напряжением 5 В, установку подходящей точки обеспечивает резистор с сопротивлением 10 кОм. Выбор напряжения источника питания (5 В вместо 15 В) обусловлен необходимостью поддержания выходного напряжения ОУ в пределах рабочего диапазона аналогово-цифрового преобразователя. Сопротивление резистора (10 кОм) определено эмпирически. Напряжение на эмиттере фототранзистора буферизуется с помощью ОУ и затем подается на вход АЦП. Так как эта схема нелинейна, она откалибрована с помощью бытового фотоэкспонометра. Полученные численные значения занесены в виде переводной таблицы в ЭВМ, и уже когда ЭВМ получит данные, она преобразует их через переводную таблицу в фотографическую экспозицию.

Работа ЭВМ с подобными устройствами имеет два основных преимущества. Во-первых, даже самые непредсказуемые нелинейности легко компенсируются программным способом, путем использования соответствующей калибровочной схемы. Во-вторых если уж программа рассчитала текущую экспозицию (освещенность), то легко рассчитываются все другие связанные с ней параметры, например средняя освещенность за некоторый промежуток времени или интеграл от освещенности по времени.

Наиболее подходящее применение этой схемы – контроль световой энергии, падающей на светочувствительную поверхность. Например, если нам нужно контролировать количество света, получаемого растениям.

4. Датчик давления

Для практики представляют интерес недорогие кремниевые датчики давления. Имеющие входной сигнал чаще всего порядка нескольких вольт. Обычно такой датчик изготовляют из кремниевой пластины, часть которой вытравливают до образования тонкой мембраны. Методом ионной имплонтации на мембране выполняют резистивные элементы с межсоединениями. При изменении давления мембрана пригибается, и под действием пьезоэлектрического эффекта происходит изменение сопротивления резистивных элементов. Толщина мембраны, как и геометрическая форма резисторов, определяется областью допустимых давлений. Преимуществами широко распространенных датчиков этого типа являются:

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8