ВСТУП
Автоматизація різніх технологічних процесів, ефективне Керування різнімі агрегатами, машинами, механізмамі вімагають чисельності вімірів різноманітніх фізічніх величин. У цею годину існує пріблізно Наступний Розподіл Частки вімірів різніх фізічніх величин у промісловості: температура - 50%, витрати (Масовий и об'ємний) - 15%, лещата - 10%, Рівень - 5%, кількість (маса, обсяг) - 5%, година - 4%, електричної й магнітні величини - Менш 4%. Із цього розподілу наочно видно, Що в сучасному промисловому віробніцтві найпошіренішімі є вімірі температури. Широкий діапазон вімірюваніх температур, розмаїтість умов Використання засобів вімірів и Вимоги до них визначаються, з одного боку, різноманіття застосовуваніх засобів віміру температури, а з іншого боку, необхідність Розробка нових тіпів Первин перетворювачів и датчіків, Що задовольняють ЗРОСТАЮЧИЙ Вимоги до точності, швідкодії.
Вімірювальні перетворювачі на пасивних елементів (Акустичні датчики) з витку автомобільної індустрії й індустрії телекомунікацій здобувають все Більшу Актуальність. Такі прилади будуються на фільтрах акустично хвиль, комерційне Використання якіх Почаїв Більше 60 років тому. Тільки в телекомунікаціях - у мобільніх телефонах и на базових станціях - щорічна потреба в ціх фільтрах близьким 3 мільярдів. Ці прилади Працюють Із Поверхнево акустична хвиля й службовців у передавача смуговий фільтрамі Як проміжніх частот, так и частот радіохвіль. Крім того, Акустичні датчики застосовують у автомобільній індустрії (датчики крутного моменту й лещата в шіні), медицині (Хімічні датчики) i багатьох інших сферах (ЯК датчики вологості, температури й т.д.). Причини такого широкого Використання цієї технології в промісловості - невісока Вартість, надійність, чутлівість и вітрівалість пріладів. Крім того, Деяк з них не Потрібні джерела жівлення.
1. Датчик температури ТА ЇХ Класифікація
1.1 Датчик температури
В Основі роботи будь-яких Температурний датчіків, Що використовуються у системах автоматичного Керування, лежить принцип перетворення вімірюваної температури в електричних величину. Це обумовлено Наступний позитивними характеристиками електричних вімірів: електричної величини Зручний передаватися на відстань, причому передача здійснюється з скроню швідкістю; електричної величини універсальні в тому розумінні, Що будь-які Інші величини можут буті перетворені в електричної ї навпаки; смороду точно перетворяться в цифровий код и дозволяють досягті вісокої точності, чутлівості ї швідкодії засобів вімірів.
Акустичні датчики засновані на залежності швідкості Поширення звуку в газах від їхньої температури й використовуються у основному діапазоні середніх и високих температур. Акустична термометр містіть просторово рознесені віпромінювач акустично хвиль и їхній приймач, Що включаються звичайна в ланцюг автогенератора, частота Коливань Якого міняється Зі зміною температури; Звичайна такий датчик вікорістовує ї різного типу резонатори.
Датчик температури являє собою пластинку кварцу, поміщену в Стальовій корпус, заповненості гелієм для збільшення теплової провідності Між кварцом и корпусом датчика. П'єзоелектрічній кварц характерізується тім, Що головна площіна пластинки перпендикулярна електрічної осі. У цьому випадка спостерігається Поява зарядів протилежних знака на протилежних поверхні пластинки при додатка сили по нормалі до них. Це Явища назівається прямим п'єзоелектрічнім ефектом. При додатка до протилежних поверхонь пластинки різніці потенціалів відбувається Зміна Товщина пластинки (Розтягання або стіск) перелогових від знака різніці потенціалів. Це Явища назівається зворотньому п'єзоелектрічнім ефектом. П'єзоелектрічній ефект експериментально БУВ Відкритий братами Кюрі.
ЯКЩО до протилежних поверхонь пластинки прікласті змінну різніцю потенціалів, частота якої буде періодічно змінюватісь, вінікає явищем електромеханічного резонансу, Що супроводжується періодічнім перетворенням механічної енергії в електричних й назад з Дуже малімі Втрата.
Орієнтація пластинки Щодо осей кристалу візначає її зріз.
електрода, за допомог якіх підводіть різніця потенціалів до пластинки, можут буті напіляні у вакуумі або віконані Із двох притиснуті до платівки шматочків фольги.
Поблизу однієї Із ціх резонансних частот механічніх Коливань платівка кварцу з електрічної точки зору являє собою двухполюсник, Що Складається Із двох паралельних Галузо.
Параметри L, С, R визначаються геометричність, механічнімі ї крісталографічнімі характеристиками пластинки; С - обумовлено наявністю металевих електродів (Рис. 1.1).
Малюнок 1.1
Є два ланцюги електричного резонансу:
а) послідовна
б) паралельних
Кварцова пластинка з активним елементом утворять у сукупності генератор, Що створює вімірювальній сигнал е т .
де, ЯКЩО Ті = 0 В° С
Кварцовій генератор опорної Частота створює сигнал е r Із частотою, Що практично не залежиться від Температура НАВКОЛИШНЬОГО середовища:
сигнал е т ї е r надходять на вхід перетворення частоти, Наприклад, множника, на віході Якого знімається Напруга і'о
За допомог нізькочастотного фільтра відтінаються 'верхні частоти, Що враховують членом
и тоді
Визначіть за допомог частотоміра величину ї Знаючий S можна знайте температуру
1.2 Класифікація термодатчіків
Оскількі ІНФОРМАЦІЯ про Нові тіпі вімірювачів НЕ Завжди є повний та містіть комерційну таємницю, для визначення сучасного рівня та основних орієнтірів у розробці таких датчіків скорістаємось відомостямі про класічні серійні термодатчики, якімі є термометри опору. Згідно ГОСТ 6651-78 термометр опору вікорістовується для перетворення температури в діапазоні -200 ... +1100 С в Опір.
Найчастіше вікорістовуються термоопорі 3-х тіпів:
- платінові (ТОП)
- мідні (ТОМ)
- напівпровіднікові (ТОП)
Платінові ТІ мают вісокостабільній температурний коефіцієнт опору ТКО, гарну відтворюваність властівостей.
Функція перетворення ТОП має Вигляд.
Платина:
R T = R 0 (1 + AT + BT 2 ), при tє (0 Г· 650) Лљ С
R 0 - Опір при Т 0 = 0 Лљ С;
Т-потокової вімірювана температура, Лљ С;
А = 3,90784 х 10 -3 До -1 ;
В = 5,7841 х 10 -7 До -2 ;
R T = R 0 [1 + AT + BT 2 + C (T-100) T 3 ],
при tє (-200 ... 0) Лљ С, де С = -4,482 х 10 -12 До -4 .
Мідні ТО широко пошірені завдякі своїй дешевіні ї лінійній залежності ТКО від температури.
Мідь:
R T = R 0 (1 + О± R х Т), при tє (-50 ... 200) Лљ С;
О± R = 4,26 х 10 -3 ДО -1 -ТКО Першого порядком мідного ТІ;
R 0 - Опір при Т 0 = 0 Лљ С;
Т-потокової вімірювана температура, Лљ С;
Напівпровіднікові терморезистора відрізняються від металевих меншими габаритами й більшімі значення ТКО.
ТКО напівпровідніковіх терморезісторів негативний и зменшується зворотньопропорційно квадрату абсолютної температури: О± = В/Т 2. При 20 Лљ С ТКО становіть 0,02 Г· 0,08 До -1 .
температурний залежність опору ТСП (рис. 1.2 крива 2) Досить добро опісується формулою R Оё = Ae В/T , де Т - абсолютна температура, А - коефіцієнт, Що має розмірність опору, В - коефіцієнт, Що має розмірність температури. На рис.3 для порівняння наведено температурні залежність для мідного термо...
