Датчики температуры

Задачи и вопросы

3.1. Один спай термопары помещен в печь с температу­рой 200 ℃, другой находится при температуре 20 ℃. Вольт­метр показывает термоэдс 1,8 мВ. Чему равна термоэдс, если второй спай термопары поместить в сосуд: а) с тающим льдом; б) с кипящей водой? Относительную удельную термо­эдс во всем температурном диапазоне 0 – 200 ℃ считать по­стоянной.

3.2. При измерении температуры в печи с помощью тер­мопары платинородий (10 % Rh) – платина вольтметр показал U = 7,82 мВ. Температура холодного спая термопары стабили­зирована при 100 ℃. Пользуясь градуировочной таблицей для данной термопары (таблица), определить температуру в печи.

Градуировочная таблица термопары Pt – Pt (10 % Rh)

T, ℃
U, мВ		0,11	0,65	1,44	2,33	3,25	4,23	5,24	6,27	7,34	8,47	9,61

Решение

Как видно из таблицы, для данной термопары зависи­мость термоэдс от разности температур горячего и холодного спаев нелинейна, поэтому

U (T, 100) + U (100, 0) = U (T,0), (3.1)

где в скобках указаны температуры спаев.

Из таблицы находим U (100, 0) = 0,65 мВ, тогда

U (T, 0) = 7,82 мВ + 0,65 мВ = 8,47 мВ.

Найденной термоэдс соответствует температура в печи Т = 900 ℃.

3.3. Рассчитать выходной сигнал мостовой схемы, в одно плечо которой включен медный термометр сопротивления, при изменении температуры на 10 К. В уравновешенном со­стоянии сопротивления всех плеч моста одинаковы. Напряже­ние питания моста 5 В. ТКС меди α = 4,26·10^-3 К^-1.

3.4. Удельное сопротивление ρ чистой меди при 20 ℃ и 100 ℃ равно соответственно 0,0168 и 0,0226 мкОм ·м. Поль­зуясь линейной аппроксимацией зависимости ρ(Т), опреде­лить температурный коэффициент удельного сопротивления при 0 ℃.

3.5. На рис. 3.1, а и б приведены простейшая схема включения терморезистора и его вольтамперная характери­стика. Найти ток и напряжение терморезистора, если к нему последовательно подключен резистор сопротивлением 5,1; 0,8 кОм. Напряжение питания 16 В.

Рис. 3.1. Схема включения (а), вольтамперная характеристика (б) и температурная зависимость сопротивления (в) терморезистора

3.6. В соответствии с температурной зависимостью со­противления терморезистора (рис.3.1,в) построить вольтам­перные характеристики (ВАХ) терморезистора на линейном участке при Т = 273 и 310 К, если ВАХ, представленная на рис. 3.1, б, соответствует температуре 293 К.

3.7. Найти сопротивление терморезистора при 350 К, если при 300 К сопротивление равно 10 кОм, а коэффициент температурной чувствительности В = 6000 К.

3.8. При 300 К сопротивление терморезистора состав­ляет 100 кОм. Каким температурам среды соответствуют зна­чения сопротивления 50 кОм и 150 кОм, если коэффициент температурной чувствительности В = 4600 К?

3.9. Определить допустимую температуру среды, если ток в цепи с терморезистором и нагрузкой 1 кОм не должен превышать 0,01 А при напряжении питания 50 В. Коэффици­ент температурной чувствительности терморезистора равня­ется В = 4600 К, значение предэкспоненциального множителя в температурной зависимости его сопротивления составляет R₀ = 1 Ом.

3.10. Чему равен ток в цепи, состоящей из последова­тельно соединенных терморезистора с R₀ = 1 Ом и В = 4000 К (см. задачу 3.9) и резистора нагрузки с R_H = 10 кОм, если на­пряжение питания 50 В, а температура среды 300 К?

3.11. Рассчитать энергию активации примеси, если ко­эффициент температурной чувствительности термистора ра­вен В = 2000 К. Найти ТКС при 0 ℃.

3.12. Определить ТКС термистора при 300 К по сле­дующим значениям его сопротивления: R₁ = 20 кОм при 12 ℃, R₂ = 3 кОм при 70 ℃.

3.13. Коэффициент рассеяния термистора Н = 0,1 мВт/К, а коэффициент температурной чувствительно­сти В = 1500 К. Определить минимальную мощность рассеи­вания (коэффициент энергетической чувствительности).

3.14. Определить коэффициент рассеяния Н термистора, находящегося в воздухе при температуре 20 ℃, если при по­даче напряжения 2 В через него протекает ток 2 мА, разогре­вающий термистор до температуры 100 ℃.

3.15. Для термистора, параметры которого даны в усло­вии предыдущей задачи, определить: а) минимальную мощ­ность рассеяния (коэффициент энергетической чувствитель­ности) Р_min, если ТКС при 20 ℃ α = - 0,05 К^-1; б) сопротив­ление термистора при 20 ℃; в) ток, не приводящий к самора­зогреву при 20 ℃.

3.16. Сопротивление термистора, изготовленного из мо­нокристаллического полупроводника, при 10 ℃ R₁ = 10 кОм, а при 50 ℃ - R₂ = 5 кОм. Определить коэффициент температур­ной чувствительности В и энергию активации примеси. Найти ТКС термистора при 20 ℃.

3.17. Коэффициент энергетической чувствительности термистора (минимальная мощность рассеяния) составляет Р_min = 10 мВт, а коэффициент температурной чувствительно­сти В = 2000 К. Определить коэффициент рассеяния Н при 20 ℃.

3.18. Параметры термистора КТМ-8: номинальное со­противление при 20℃ R₂₀ = 1 кОм; коэффициент темпера­турной чувствительности В = 5000 К; максимальная рабочая температура 70 ℃; минимальная мощность рассеяния Р_min = 3 мВт, максимальная мощность рассеяния Р_max = 0,6 Вт; допустимая мощность рассеяния Р_доп = 1 мВт. Рассчитать ток, текущий через термистор и не приводящий к его разогреву при 20 ℃, а также максимально допустимые токи при 20 и 70 ℃.

3.19. На рис. 3.2 изображена температурная характери­стика позистора. Рассчитать ТКС и указать рабочий интервал температур. Может ли такой датчик измерять температуры в интервалах: а) от (- 50) до + 50 ℃; б) от 50 до 150 ℃?

3.20. Перечислить преимущества и недостатки измере­ния температуры с помощью термопар.

Рис. 3.2. Температурная зависимость сопротивления позистора

3.21. Какие материалы используются для изготовления металлических термометров сопротивления?

3.22. Что характеризует величина постоянной времени термистора?

3.23. На каких физических явлениях может быть основан принцип действия: а) позисторов; б) термисторов?

3.24. Какие физические явления лежат в основе работы термодиодов и термотранзисторов?

3.25. Перечислить основные параметры термисторов.

3.26. От чего зависит величина ТКС термистора?

Дата добавления: 2015-08-20