Определение температурной характеристики и чувствительности полупроводникового терморезистора типа КМТ-4 с номинальным сопротивлением 30 кОм

Практическая работа №3.

Пример 7. Определить температурную характеристику и чувствительность полупроводникового терморезистора типа КМТ-4 с номинальным сопротивлением 30 кОм, если его сопротивление при 323К составляет 7,5 кОм.

Решение.

Зависимость сопротивления терморезисто­ров от температуры Т выражается уравнением:

,

 где r_∞ и В — постоянные ко­эффициенты.

 Используя эту зависимость,  составим два уравнения для, известных T₁,  T₂, r₂₉₃ и r₃₂₃:

 и   .

Определяем значения В из решения этих уравнений:

К.

Подставляя значения В в одно из исходных уравнений, найдем, что:

 Ом.

Задаваясь значением Т вычисляем r_T, по приведенной выше формуле, строим температурную характеристику КМТ-4 (рисунок 1), которая хорошо совпадает с эксперименталь­ной.

Рисунок 1. Зависимость сопротивле­ния r_T, и коэффициента чувстви­тельности k_Д терморезистора КМТ-4 от температуры Т.

Пользуясь аналитической зависимостью для коэффи­циента чувствительности терморезистора, находим (Ом/К):

.

Строим на том же рисунке график k_Д = f(T) (рисунок 1).

Пример 8. Рассчитать мостовую схему воспринимающего органа температуры и определить температурную зависи­мость напряжения и тока в нагрузке (рисунок 2) при напря­жении питания моста U = 12 В и отклонении температуры от 20 ⁰С для двух случаев:

1)  датчиком является медный тер­мометр сопротивления;

2)  датчиком служит полупроводни­ковый терморезистор КМТ-4.

Зависимость сопротивления меди от температуры в пре­делах Θ = 0...100°С выражается уравнением:

,

где α = 42,8ּ10^–4 1/⁰C – температурный коэффициент со­противления меди;

r_Θ0 – сопротивление датчика при Θ₀.

Рисунок  2. Мостовая схема воспринимающего органа температуры.

Решение.

Принимаем соотношение сопротивлений плеч моста из условия получения наибольшей мощности на его выходе:

.

Силу тока через датчик выбираем в пределах I = 10...15 мА. Следовательно, r_Θ при равновесии моста и Θ = 20 °С

Ом.

Определяем зависимость напряжения нагрузки моста с медным термометром сопротивления при отклонении температуры  от  начальной  ΔΘ = Θ – Θ₀=± 10°С:

и зависимость тока в нагрузке:

  Определяем эти же зависимости при замене термометра сопротивления полупроводниковым терморезистором того же номинального сопротивления. Уравнение температурной зависимости терморезистора установлено в предыдущем примере, а коэффициент r_∞ равен:

Ом.

, А.

Рассчитанные по этим формулам температурные зависи­мости, которые графически показаны на рисунке 3, по­зволяют сделать вывод о том, что воспринимающий орган с полупроводниковым термодатчиком по напряжению и току имеет чувствительность в 10...12 раз большую, чем воспри­нимающий орган с медным термометром сопротивления.

·  сплошные линии для полупроводникового термо­датчика;

·  пунктирные – для медного термометра сопротивления

Рисунок 3. Зависимость напря­жения U_Н и тока I_Н нагрузки.

Пример 9. Выбрать значе­ние напряжения U_c постоян­ного тока на фотореле, чтобы оно срабатывало при освещен­ности Е=200 лк. Фотореле объединяет     фоторезистор ФС-К1 и реле типа РПН (рисунок 4). Из паспортных данных известно:

·  сопротивление об­мотки РПН r_P = 4 кОм;

·   ток срабатывания  I_ср = 3 мА;

·  чувствительность фоторезистора k_Д = 6 мА/лм·В;

·  площадь окна S = 28,8 мм²;

·  максимальная мощность рассеяния P_max=0,2 Вt.

Рисунок 4. Электрическая схема фотореле.

Решение.

 Напряжения на реле РПН при его сраба­тывании:

В.

Определяем напряжение на фоторезисторе из уравнения:

.

При α = 0,81:

В.

Искомое значение постоянного напряжения  U_c= 24 + 12 = 36 В.

Расчетная мощность рассеяния

Вт.

Следовательно, условие Р_расч < Р_мах выполнено.

Различные значения освещенности срабатывания фото­реле устанавливают при помощи переменного сопротивле­ния, включенного последовательно с фоторезистором, или изменяя напряжение питания.

Пример 10.  Определить зависимость напряжения на выходе измерительного органа относительной влажности воздуха от изменения влажности в пределах     Δφ = ±20%, если мост уравновешен при влажности воздуха φ = 40% и температуре Θ_окр = 20°С (рисунок 5). Мост измерительного органа содержит термокомпенса­ционный резистор R_К и резистор датчика R_Д типа КМТ–4 с номинальным сопротивлением 30 кОм. Сопротивление резистора r =3,3 кОм.

Решение.

 Определяем величину сопротивления регу­лировочного резистора