Теоретический расчет чувствительности датчика температуры

ОТЧЕТ: ДАТЧИК ТЕМПЕРАТУРЫ

Выполнил:  К.С. Кохно

Прямая ветвь ВАХ транзистора  КТ3102 в диодном включении:

Сопротивление диода Rд= 12 Ом

Выбрана рабочая точка на верху ВАХ (чем выше, тем чувствительнее): Рабочий ток = 20А

Напряжение питания = 5В

Для обеспечения заданного тока стоит резистор величиной  250 Ом.

При включении последовательно 2-х диодов имеем двойное падение напряжения и значит в 2 раза больше чувствительность.

Схема датчика:

При измерении суммарного падения напряжения на двух диодах, в зависимости от температуры имеем следующую картину:

Это и есть передаточная характеристика датчика температуры

Примечание:

Измерения проводились 2 раза: на нагревание и на охлаждение. На нагревание – точки снизу, а на охлаждение – точки сверху ( Разность показаний датчика обусловлено тем, что термопара греется и остывает быстро, а транзисторы, которые находятся в специальном корпусе изменяют свою температуру медленно). Между ними проходит аппроксимирующая прямая, найденная численными методами.

Формула аппроксимирующей прямой:

Uвых= 1,51335-0,00262*T

Из формулы видна чувствительность датчика:

S= -0,00262 (В/град) =2,62  (мВ/C)

Из графика налицо линейность передаточной характеристики.  

Погрешности измерения:

Проведены контрольные измерения температуры:

Итог: погрешность не превышает 6,7 К.

Примечание:  Контрольные измерения, как и измерения проводились на охлаждении а это значит расхождение контрольных точек с аппроксимацией (см выше). Контрольные измерения получатся значительно точнее, если их провести в термостате. 

Теоретический расчет чувствительности:

Возьмем стандартные данные:

Uq0=1.12 V, m=3, k/e= 8,617 mkV/K;

Измеренные данные:

Ur= 1,527 V, Tr=295 K;

И получим погрешность одного транзистора S1= 0,00112115 V/K

Так как схема имеетдва последовательно включенных диода, то чуствительность умножается на два:

S=2*S1= 0,002242 (V/K)=2,24 (mV/k)

Вывод:

Теоретически рассчитанная чувствительность совпадает с показанной на практике на 85,5%. Расхождение в 0,38 mV в основном обусловлено тем, что Uq0 и m взяты приблизительно (из учебника). Для более точных расчетов требуются их конкретные значения для данного типа транзисторов.