Laboratorium wirtualne 2/Moduł 1 - ćwiczenie 1

wersja beta

---

LABORATORIUM WIRTUALNE 2

Ćwiczenie 1 - Zdalne pomiary temperatury

---

---

Czujniki termorezystancyjne (termorezystory metalowe) są czujnikami pasywnymi. W czujnikach tych jest wykorzystywana zależność rezystywności metali od temperatury (rezystywność rośnie wraz ze wzrostem temperatury). Zatem parametrem wyjściowym tych czujników jest rezystancja. Konieczny jest zatem przetwornik pomiarowy zamieniający rezystancję na napięcie lub prąd, czyli na wielkość, którą da się zdyskretyzować. Czujniki termistorowe (termorezystory przewodnikowe) są również czujnikami pasywnymi. Charakteryzują się one większą czułością niż termorezystorami metalowe. Czujniki termoelektryczne (termoogniwa) należą do grupy czujników generacyjnych. W czujnikach tych jest wykorzystywane zjawisko powstawania siły termoelektrycznej o wartości zależnej od temperatury na styku dwóch różnych metali, jako wynik różnicy liczby swobodnych elektronów po obu stronach metali. Ponieważ wartość generowanej siły termoelektrycznej jest rzędu pojedynczych mV, zatem jest konieczne zastosowanie dedykowanego kondycjonera umożliwiającego wzmocnienie tego sygnału do poziomu akceptowanego przez wejścia analogowe karty pomiarowej. W scalonych czujnikach temperatury jest wykorzystywana zależność napięcia baza-emiter tranzystora bipolarnego od temperatury (-2,1mV/°C). W strukturze tego czujnika znajdują się dwa tranzystory dobrane w parę będące właściwym czujnikiem oraz układ wzmacniający przetwarzający sygnał do wymaganej wartości napięcia wyjściowego.

---

Termorezystory metalowe są wytwarzane z czystych metali (platyna, nikiel, miedź). Platyna cechuje się małą aktywnością chemiczną, wysoką temperaturą topnienia i prawie liniową zależnością rezystancji od temperatury. Z tego powodu w precyzyjnych pomiarach temperatury znalazły zastosowanie termorezystory platynowe o oznaczeniach Pt100 i Pt1000. Występująca w oznaczeniu liczba oznacza wartość rezystancji w temperaturze 0°C. Typowym zakresem pracy termorezystorów platynowych jest temperatura –200°C ÷ +850°C. Termorezystory niklowe i miedziane mają wyższą wartość temperaturowego współczynnika rezystancji (układ pomiarowy będzie bardziej czuły), lecz charakteryzują się gorszą liniowością charakterystyki przetwarzania (R = f(T)).

---

Rezystancja termorezystora metalowego zmienia się w szerokim zakresie temperatur zgodnie z zależnością (1). W przypadku termorezystora platynowego zależność rezystancji w funkcji temperatury z zakresie 0°C ÷ 600°C można przybliżyć wielomianem kwadratowym (2)

---

Typowym układem pomiarowym dla termorezystorów metalowych jest niezrównoważony mostek Wheatstone’a. W jednej z jego gałęzi jest umieszczany czujnik. Mostek ten jest zasilony ze źródła napięcia stałego. Napięcie wyjściowe mostka jest funkcją temperatury i może ono zostać poddane przetwarzaniu analogowo-cyfrowemu. Aby dopasować parametry napięcia na wyjściu mostka do wymagań stawianych przez wejścia analogowe przetwornika analogowo-cyfrowego należy sygnał wyjściowy mostka podać na wejście różnicowego wzmacniacza pomiarowego. Bardzo istotna jest również wartość impedancji wejściowej wzmacniacza. Powinna być ona jak największa. Napięcie na wyjściu nieobciążonego mostka (przy zasilaniu dołączonym do pionowej przekątnej mostka) jest opisane zależnością (1)

---

Termistory to elementy półprzewodnikowe bezzłączowe charakteryzujące się dużymi zmianami rezystancji w funkcji temperatury. Należą do grupy czujników pasywnych. Przebieg temperaturowych zmian rezystancji jest podstawą ich podziału na termistory o dodatnim (PTC) i ujemnym (NTC) temperaturowym współczynniku rezystancji. Powszechne zastosowanie znalazły termistory typu NTC. Średnia wartość cieplnego współczynnika zmian rezystancji jest o rząd wielkości większa od wartości tego współczynnika dla termorezystorów metalowych. Charakterystyka przetwarzania termistorów NTC może być opisana następującą zależnością (1) Typowy zakres temperatury pracy termistorów zawiera się w granicach –100°C ÷ +150°C. Wadą termistorów jest rozrzut wartości i oraz nieliniowość charakterystyki przetwarzania. Koniecznością staje się zatem jej linearyzacja. Układem pomiarowym dla termistorów może być układ niezrównoważonego mostka Wheatstone’a.

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---