Главная Промышленные терморезисторы



и затем выразить так:

и- if. (4ле)

где r = q/p, S - постоянные.

Уравнение (4.16) по форме аналогично выражению (4.3) для последовательно соединенных терморезисторов и постоянного резистора. Это значит, что уравнение (4.16) будет давать линейную зависимость при тех же условиях, которые относятся к уравнению (4.3). Другими словами, сопротивление источника г относительно терморезистора должно удовлетворять условию (4.5), т. е.

Р {Ri + Rg)(R, + Rs) + R,Rs °В + 2Го

Чтобы эффективность мостовой схемы, показанной на рис. 4.9, была максимальной, большая часть изменения то>ка в терморезисторе должна восприниматься измерительныхм прибором. Для этого сопротивление Ri делают значительно больше сопротивления терморезистора, и в этом случае полумостовая схема, образованная Rl и терморезистором, работает в режиме постоянного тока. Чтобы добиться максимального изменения мощности, сопротивление Rg должно быть максимальным (насколько это возможно), а сопротивления i?2 и Rs должны быть низкими, и тогда сопротивления Rg я г почти равны друг другу. При такой ситуации сопротивление источника в конечном итоге определяется сопротивлением Rg. Соотношение между током гальванометра Ig и температурой Т имеет вид

d lsUb{B + 2Tor n f2gyi2n) (4.18)

dT iTBRo 0 0/, \

где ±fto -пределы температурного интервала по обе стороны от средней температуры Го.

Воспользовавшись приведенными выше расчетными соотношениями и применив прецизионный или «согласованный по кривой» (допуск ±1%) терморезистор, можно сконструировать устройство для измерения температуры с максимальным отклонением от линейности ±3°С при температуре 100° С, +0,75°С при температуре 40° С и ±0,5° С при 20° С. Если взять стандартный промышленный терморезистор с допуском на сопротивление ±20% и допуском на коэффициент В ±5% и включить его в мостовую схему, рассчитанную по упрощенной эмпирической методике, то можно создать электронный термометр с максимальной температурной погрешностью ±ГС при температуре 50°С [4].

Недостатком простой имостовой схемы является уменьшение ее чувствительности с ростохм рабочей температуры, что связано с уменьшением ТКС терморезистора при увеличении температуры. Требование постоянства температурной чувствительности означает, что изменение тока, протекающего через гальванометр, с температурой, т. е. dIg/dT, не должно зависеть от сопротивления тер-




Рис. 4.10. Терморезисториый мост с почти постоянной чувствительностью в ограниченном интервале температур [5]

мометра. Авторы [5] смогли удовлетворить это требование при 15° С с максимальным отклонением ±1% путем введенияпеременного резистора А в мостовую схему (рис. 4.10). В этом случае часть сопротивления переменного резистора как бы включается в мостовую схему, а часть соединяется последовательно с источником питания моста.

В течение многих лет базовая мостовая схема подвергалась различным модификапиям исходя из конкретных условий измерения температуры. В {6] использовался один терморезистор в-мостовой схеме для обнаружения небольших Перепадов температур при определении молекулярной массы вешеств методом снижения температуры замерзания или повышения температуры кипения. В [7] описана калориметрическая система с терморезистором, которая автоматически регистрирует изменения температуры порядка 10~2°С посредством автоматически уравновешиваемого моста с точностью 2-10*°С. Имеются сведения [8] об использовании терморезисторов в прецизионной калориметрической бомбе с применением методики, изложенной в ([9]. В литературе описано несколько вариантов мостовых схем переменного тока, содержащих терморезисторы. В одной из таких схем имеется [10] некалибро-ванный прецизионный терморезистор, дающий погрешность менее ±0,5° С при температуре до 20° С.

Электронные термометры с терморезисторами, включенными в мостовую схему, нашли широкое применение в технике измерения температур. В [И] рассмотрен терморезисторный термометр с постоянной времени 20 мс и разрешающей способностью 5- 0"*° С, предназначенный для измерения микрофлуктуаций температуры в океане. К другим температурным измерениям в океанографии относятся термопрофилирование [12] и батитермографирование [13]. В [14] описан портативный терморезисторный мост для микрометеорологических исследований в растущих злаках. В [15] описано при.менение аналогичного метода для измерения температуры почвы в Шотландии, а в [16] согласованные терморезисторы в мостовой схеме использованы для определения свободной энергии почвенной влаги. Существуют различные типы электронных медицинских термометров, один из которых имеет почти на порядок меньшую постоянную времени [17], другой [18] пригоден для измерения внутренней температуры тела при помещении термометра на поверхность кожи и, наконец, третий ,[19] способен измерять болевой порог посредством теплового контакта.

Интересным вариантом мостовой схемы Уитстона является включение двух терморезисторов в смежные плечи с щелью изме-



рения разности температур, а не абсолютной температуры. Одним из первых применений такого дифференциального метода было определение молекулярной массы веществ. В 1953 г. были опубликованы обнадеживающие сведения о воспроизводимости результатов экспериментов, проведенных на простом лабораторном обору, довании, по определению молекулярной массы азобензола, нафталина и дифенила, растворенных в п-гептане, бензоле, четыреххло-ристом углероде и хлороформе [20]. С тех пор мостовые схемы с двумя терморезисторами с отрицательными ТКС стали широко применяться для точного дифференциального измерения температуры в калориметрии [7,21], эбулиометрии [22-24] и осмометрии [25, 26], при этом удавалось замерить разности температур до 10~°С [21 . Дифференциальный метод измерения температур применяют для определения количества тепла, рассеиваемого большими отопительными системами, использующими циркуляцию горячей воды. Разность температур воды во входном и выходном трубопроводах, а также скорость ее потока позволяют быстро и точно определить тепловые потери. Терморезисторы, включенные соответствующим образом в мостовую схему, дают информацию не только о разности температур, но и о скорости потока воды в отопительной системе.

В подавляющем большинстве случаев два одинаковых терморезистора согласовываются по сопротивлению с точностью до ±1% в требуемом температурном диапазоне. Для измерения разности температур применялись также несогласованные термореэисторы, но это вызывало усложнение схемы, так как различие в характеристиках двух терморезисторов приходилось устранять линеаризацией с помощью постоянных резисторов. Нордон и Бэйн-бридж {27] впервые применили метод линеаризации каждого терморезистора посредством постоянных шунтирующих резисторов с последующим выравниванием плеч моста последовательным включением резистора в одно плечо при изменении температуры. Различные чувствительности к температуре двух плеч компенсировались пропусканием различных постоянных токов через каждое плечо моста. Максимальное отклонение от линейности составляло 0,5% при температуре до 50° С и 0,05%) -до 18° С. Были также предложены другие методы согласования [28, 29], в которых перед выравниванием осуществляется линеаризация только одного плеча терморезисторного моста.

4.3. Регулирование температуры

Основными элементами любой системы регулирования температуры являются датчик, контролирующий температуру среды, коммутирующее устройство и исполнительное устройство, например нагреватель. Так как терморезисторы представляют собой наиболее чувствительные из всех термочувствительных элементов, то они, естественно, нашли самое широкое распространение в сис-



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


0.0142