Реферат АПСЭиН. Реферат по дисциплине Актуальные проблемы современной электроники и наноэлектроники
![]()
|
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР) Кафедра промышленной электроники Реферат по дисциплине «Актуальные проблемы современной электроники и наноэлектроники» Термопреобразователи. Датчики температуры Студент гр. з-М62 Каштанов В.Ю Томск 2022 СОДЕРЖАНИЕ Введение............................................................................................................... 3 Виды датчиков температуры, по типу действия .............................................. 4 Термопреобразователи......................................................................................... 8 Принцип преобразования ……………………………….........…………............9 Виды термопреобразователей ............................................................................. 9 Список литературы ............................................................................................. 12 Введение Большинство технологических процессов идет сейчас по пути автоматизации. Кроме того, управление многочисленными механизмами и агрегатами, а зачастую и машинами просто немыслимо без точных измерений всевозможных физических величин. Не маловажными являются измерение давления, измерение угловой скорости, а также линейной и многие-многие другие. Но самыми распространенными (около 50%) являются температурные измерения. Так как диапазон измерений и их условия могут сильно отличатся друг от друга, разработаны разные по точности, помехоустойчивости и быстродействию типы датчиков (и первичных преобразователей). Какого бы типа не был температурный датчик, общим для всех является принцип преобразования. А именно: измеряемая температура преобразуется в электрическую величину (как раз за это и отвечает первичный преобразователь). Это обусловлено тем, что электрический сигнал просто передавать на большие расстояния (высокая скорость приема-передачи), легко обрабатывать (высокая точность измерений) и, наконец, быстродействие. Виды датчиков температуры, по типу действия Терморезистивные термодатчики Терморезистивные термодатчики — основаны на принципе изменения электрического сопротивления (полупроводника или проводника) при изменении температуры. Разработаны они были впервые для океанографических исследований. Основным элементом является терморезистор — элемент, изменяющий свое сопротивление в зависимости от температуры окружающей среды. Несомненные преимущества термодатчиков этого типа — это долговременная стабильность, высокая чувствительность, а также простота создания интерфейсных схем. ![]() На изображении приведен датчик 702-101BBB-A00, диапазон измерения которого от -50 до +130 °С. Этот датчик относиться к группе кремневых резистивных датчиках (что это такое читайте двумя абзацами ниже). Обратите внимание, на его размеры. Производит этот датчик фирма Honeywell International В зависимости от материалов, используемых для производства терморезистивных датчиков различают: Резистивные детекторы температуры(РДТ) Эти датчики состоят из металла, чаще всего платины. В принципе, любой металл изменяет свое сопротивление при воздействии температуры, но используют платину так как она обладает долговременной стабильностью, прочностью и воспроизводимостью характеристик. Для измерений температур более 600 °С может использоваться также вольфрам. Минусом этих датчиков является высокая стоимость и нелинейность характеристик. Кремневые резистивные датчики Преимущества этих датчиков —хорошая линейность и высокая долговременная стабильностью. Также эти датчики могут встраиваться прямо в микроструктуры. Термисторы Эти датчики изготавливаются из металл-оксидных соединений. Датчики измеряет только абсолютную температуру. Существенным недостатком термисторов является необходимость их калибровки и большой нелинейностью, а также старение, однако при проведении всех необходимых настроек могут использоваться для прецизионных измерений. Полупроводниковые ![]() В качестве примера изображен полупроводниковый датчик температуры LM75A, выпускаемый фирмой NXP Semiconductors. Диапазон измерений этого датчика от -55 до +150. Полупроводниковые датчики регистрируют изменение характеристик p-n перехода под влиянием температуры. В качестве термодатчиков могут быть использованы любые диоды или биполярные транзисторы. Пропорциональная зависимость напряжения на транзисторах от абсолютной температуры (в Кельвинах) дает возможность реализовать довольно точный датчик. Достоинства таких датчиков — простота и низкая стоимость, линейность характеристик, маленькая погрешность. Кроме того, эти датчики можно формировать прямо на кремневой подложке. Все это делает полупроводниковые датчики очень востребованными. Пирометры Пирометры – бесконтактные датчики, регистрирующие излучение, исходящее от нагретых тел. Основным достоинством пирометров (в отличие от предыдущих температурных датчиков) является отсутствие необходимости помещать датчик непосредственно в контролируемую среду. В результате такого погружения часто происходит искажение исследуемого температурного поля, не говоря уже о снижении стабильности характеристик самого датчика. Различают три вида пирометров: 1. Флуоресцентные При измерении температуры посредством флуоресцентных датчиков на поверхность объекта, температуру которого необходимо измерить, наносят фосфорные компоненты. Затем объект подвергают воздействию ультрафиолетового импульсного излучения, в результате которого возникает после излучение флуоресцентного слоя, свойства которого зависят от температуры. Это излучение детектируется и анализируется. 2. Интерферометрические Интерферометрические датчики температуры основаны на сравнении свойств двух лучей – контрольного и пропущенного через среду, параметры которой меняются в зависимости от температуры. Чувствительным элементом этого типа датчиков чаще всего выступает тонкий кремниевый слой, на коэффициент преломления которого, а, соответственно, и на длину пути луча, влияет температура. 3. Датчики на основе растворов, меняющих цвет при температурном воздействии В этом типе датчиков-пирометров применяется хлорид кобальта, раствор которого имеет тепловую связь с объектом, температуру которого необходимо измерить. Коэффициент поглощения видимого спектра у раствора хлорида кобальта зависит от температуры. При изменении температуры меняется величина прошедшего через раствор света. Акустические Акустические термодатчики – используются преимущественно для измерения средних и высоких температур. Акустический датчик построен на принципе того, что в зависимости от изменения температуры, меняется скорость распространения звука в газах. Состоит из излучателя и приемника акустических волн (пространственно разнесенных). Излучатель испускает сигнал, который проходит через исследуемую среду, в зависимости от температуры скорость сигнала меняется и приемник после получения сигнала считает эту скорость. Используются для определения температур, которые нельзя измерить контактными методами. Также применяются в медицине для неинвазивных (без операционного проникновения внутрь тела больного) измерения глубинной температуры, например, в онкологии. Недостатками таких измерений является то, что при прикосновении они могут вызывать ответные физиологические реакции, что в свою очередь влечет искажение измерения глубинной температуры. Кроме того, могут возникать отражения на границе «датчик-тело», что также способно вызывать погрешности. Пьезоэлектрические В датчиках этого типа главным элементов является кварцевый пьезорезонатор. ![]() Как известно пьезоматериал изменяет свои размеры при воздействии тока (прямой пьезоэффект). На этот пьезоматериал попеременно передается напряжение разного знака, от чего он начинает колебаться. Это и есть пьезорезонатор. Выяснено, что частота колебаний этого резонатора зависит от температуры, это явление и положено в основу пьезоэлектрического датчика температуры. Термопреобразователи. Термопреобразователь представляет собой устройство для измерения показаний температуры, состоящее из 1-го или 2-х термочувствительных элементов сопротивления, изготовленных из металлической проволоки или пленки, и соединительных проводов в защищенном герметичном корпусе. Устройство данного типа имеет внешние клеммы или провода, обеспечивающие подключение к другим измерительным приборам. Термопреобразователи используются в качестве первичных измерительных приборов температуры среды (жидкой, сыпучей, газообразной) в АСУ (автоматизированных системах управления) частных и производственных объектов. Приборы широко применяются в теплосчетчиках, холодильной и климатической технике, в машиностроительной, металлургической и прочих отраслях промышленности. Виды термопреобразователейОсновными видами устройств измерения являются приборы термосопротивления (ТС) и термопары (ТП). Чаще всего данные устройства применяются из следующих металлов: Медь — ТСМ Платина — ТСП Никель — ТСН, Датчики ТСМ чаще всего имеют градуировку 50М и 100 М. Градуировка платиновых термопреобразователей выглядит следующим образом - 50П, 100П, Pt100, Pt500 и пр., например, термопреобразователь сопротивления ТС 125-50М для теплосчетчика ВИС.Т имеет номинальную статистическую характеристику 50М, что соответствует показателю сопротивления 50 Ом при 0°С. Принцип преобразования Согласно ГОСТ 16263—70, измерительный преобразователь является средством измерения, служащим для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и(или) хранения, но не предназначенной для непосредственного восприятия наблюдателем. Измерительный преобразователь с высокой точностью реализует однозначную функциональную зависимость между двумя физическими величинами y=f(x)tгде х=х(t) и y=y(t)—сигналы на входе и выходе измерительного преобразователя. Принципы построения измерительных преобразователей могут быть рассмотрены со следующих точек зрения: — структурная организация измерительных преобразователей; — характер преобразования сигнала на входе преобразователя; — тип интерфейса для включения измерительного преобразователя в систему управления; — технология изготовления функциональных элементов преобразователей и их конструктивное исполнение. С ![]() рис.2. ![]() ![]() Рис. 2 Компенсационный принцип построения нормирующих преобразователей нормирующих преобразователей Рис.1. Компенсационное соединение звеньев канала измерения. Разностный сигнал ∆U, полученный в результате сравнения ЭДС термопары Ux(при использовании термоэлектрического термометра) или разбаланса мостовой схемы при использований термометра сопротивления (см. рис. 1, б) и напряжения обратной связи U1:∆U=UX—U1 — через модулятор (М) поступает на электронный усилитель (ЭУ). На выходе демодулятора (ДМ) выходное напряжение U2(или его часть) используется для выделения сигнала отрицательной обратной связи U1 =U2 на сопротивлении обратной связи R1. Выходной сигнал нормирующего преобразователя — либо постоянный ток I2 = U2, либо постоянное напряжение на сопротивлении нагрузки RH. Преобразователь может включать измерительный прибор (ИП). Глубокая отрицательная обратная связь в схеме нормируещего преобразователя обеспечивает линейную зависимость выходного сигнала от температуры. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Гордов А.Н., Жагулло О.М., Иванова А.Г. Основы температурных измерений. М.: Энергоатомиздат, 1992. 2. Датчики теплофизических и механических параметров. Справочник, т.1, кн.1/ Под общ.ред. Коптева Ю.Н., под ред. Багдатьева Е.Е., 3. Суханова Н.Н., Суханов В.И., Юровский А.Я. Полупроводниковые термопреобразователи с расширенным диапазоном рабочих температур. 4. Трофимов Н.А., Лаппо В.В. Измерение параметров теплофизических процессов в ядерной энергетике.- М.: Атомиздат, 1979. 5. Федотов Я.А. Основы физики полупроводниковых приборов. М.: Сов.радио, 1969. |