Главная Операционные усилители




Рис. 10.2. Принцип действия термистора. а - зависимость между напряжением и током; б - график изменения тока во времени, показывающий относительное время реакции термистора.

зависит от типа материала проводника. Итак, в общем случае

R, = Rt,l\+a{M)], (10.9)

где Rt-сопротивление при новой температуре; Rt-сопротивление при старой температуре; At - величина, равная (2- -i); а - температурный коэффициент сопротивления (ТКС), зависящий от типа материала.

Величина а может иметь положительное или отрицательное значение, может быть большой или малой. В таблицах стандартных сопротивлений для меди, например, приводится значение ТКС, равное +0,0039 Ом/ОмГС, а для графита - 0,005 Ом/ОмГС.

Пример. Чему равно сопротивление медного провода при 100 °С, если его сопротивление при 25 "С равно 1 Ом?

Rt, = Rt,l+a{At)], (10.10)

;?, = 1 [1+0,0039 (100-25)],

;?,=1,29 0м. (10.11)

Хотя сопротивление всех проводников зависит от температуры и зависимость эта описывается уравнением (10.9), в качестве термисторных приборов используются лишь некоторые специальные типы проводников. Термистор - это такое устройство, в котором эффект изменения сопротивления, обусловленного изменением температуры,усилен и оптимизирован.

Работу термистора можно оценить, пользуясь кривой, изображенной на рис. 10.2. Кривая на рис. 10.2, а иллюстрирует зависимость между приложенным напряжением и током термистора. На кривой рис. 10.2,6 показана связь тока со временем, которое должно пройти после того, как было приложено напряжение, для того чтобы ток достиг установившегося значения.

На рис. 10.2, а показано, что с увеличением напряжения ток растет более или менее линейно, в соответствии с классическим законом Ома, до тех пор пока не будет достигнуто напряжение El. В этой точке термистор начинает работать как прибор с отрицательным сопротивлением. В этой области он работает как генератор, хотя и с очень небольшой частотой.



Вторая кривая (рис. 10.2,6) показывает, что термистор реагирует на внешнее воздействие не мгновенно, а с определенным запаздыванием по времени. Во избежание возможных неприятностей это запаздывание следует подсчитывать для своего практического случая. Если термистор предназначен для работы со стимулирующим сигналом, например, частотой 1 Гц, то в данном случае задержка не должна достигать нескольких секунд или даже одной секунды. Задержка не должна быть больше периода предполагаемого измеряемого сигнала. Обычно приобретают термисторы, которые надежно обеспечивают задержку в диапазоне от миллисекунд до секунд. Сразу хочу предупредить, что термистор с меньшей задержкой стоит дорого.

Существуют два режима работы термисторов, характеризующихся различным поведением этих приборов. В одном режиме создается такое смещение, чтобы ток через термистор был небольшим. Тем самым предотвращается нагрев прибора собственным током. Другой режим основан на прямо противоположном подходе. Создается такой ток, который вызывает самонагрев термистора. При таком режиме работы может происходить относительно большое изменение электрического сопротивления в ответ на внешнее воздействие, связанное с поглощением тепла. При выборе такого режима следует ознакомиться с паспортными данными прибора, так как ток самонагрева различен для различных типов термисторов. Второй режим следует выбирать в тех случаях, когда аппаратура должна быть чувствительна к изменениям температуры. Первый режим предпочтительней использовать там, где ставится задача измерения абсолютных значений температуры.

Почти вся аппаратура на термисторах использует схему моста Уитстона. Термистор включают по крайней мере в одно плечо моста, а, как правило, даже в два. Остальные резисторы имеют низкий температурный коэффициент нестабильности "(ТКН), могут быть постоянного и переменного типа. Схема регулируется так, чтобы приложенное к мосту напряжение {Ei на рис. 10.1) вызывало небольшой нагрев в тех случаях, когда измеряется dT/dt, или вообще не вызывало нагрева, если измеряется абсолютное значение Т.

Используют две различные схемы моста. В одной схеме в одно из плеч моста включается переменный резистор, с помощью которого можно выставить нулевое или максимальное значение напряжения на выходе в рабочем или нулевом состоянии. В другом режиме в одно из плеч включается переменный резистор, откалиброванный таким образом, что напряжение на выходе будет равно нулю для измеренных значений входной температуры.

В большинстве приборов на термисторах используют по крайней мере два термистора - один в качестве R2 (рис. 10.1), а другой в качестве R. В таких схемах на один термистор обыч-



но подается измеряемое воздействие, а другой находится под воздействием температуры окружающей среды.

Можно привести много примеров термодатчиков, которые работают с двумя термисторами. Возьмем, например, прибор для измерения скорости ветра - анемометр. Один термистор находится под воздействием ветра, а другой - под воздействием температуры окружающей среды и помещен, например, в коробку, где воздух неподвижен. Еще один пример - газометр или парометр, в котором один термистор помещен в трубку, а другой, эталонный термистор - в ответвление трубки с глухим концом, где среда неподвижна. Практический пример такого тер-мисторного измерительного прибора, предназначенного для определения скорости потока, приведен в книге Кара Ор-Агар Circuit Design & Applications (ТАВ787).

Многие фирмы - изготовители термисторов продумывают вопросы применения этих приборов и поэтому предлагают большое количество интересной литературы по вопросам использования своей продукции.

Термопары

Термопара изображена на рис. 10.3. Простейшая термопара состоит из двух полосок различных металлов, в точке соединения которых имеется спай. Если к свободным концам проводников подключить милливольтметр, а спай нагреть, то появится напряжение, которое зафиксирует милливольтметр. Это напряжение обусловлено различной работой выхода металлов, образующих спай, оно зависит как от температуры, так и от типов используемых металлов.

В связи с тем что напряжение на спае термопары пропорционально температуре, термопару можно использовать для измерения температуры. Однако напряжение зависит от температуры нелинейно, и тем самым возможности применения термопары несколько ограничены. Следует принимать во внимание диапазон, в котором термопара работает по линейному закону, с тем чтобы предупредить чрезмерные ошибки. Можно выбрать другой путь и заняться линеаризацией термопары. Этот вопрос в более общем виде обсуждается в главе, посвященной вопросам построения аппаратуры.

Мсточник lf\ тепла (л , ]


Рис. 10.3. Термопара.



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 [54] 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126


0.0156