Файл: Эрлер, В. Электрические измерения неэлектрических величин полупроводниковыми тензорезисторами.pdf

Относительная погрешность при измерении ИП DWH5 соста­ вила бы 1,8%. Если имеются включения воздуха, их величину при определении АН необходимо учитывать с соответствующим знаком.

Динамическое влияние подсоединительного канала очевидно уже из эквивалентной схемы, изображенной на фиг. 7.42. Осо­ бенно при измерении давления жидкостей колебания мембран демпфируются и резонансная частота ИП иногда значительно снижается за счет инерции массы среды [20]. В случае динами­ ческих измерений всегда рекомендуется предварительно про­ анализировать влияние отдельных факторов на частотную ха­ рактеристику.

7.4.4.3. Влияние ускорений

Если в процессе измерения ИП подвергается воздействию вибраций, то к полезному сигналу в рабочем диапазоне частот прибавляется пропорциональный ускорению сигнал помехи. Чув­ ствительность ИП DWH5—DWH200 к ускорению наибольшая в осевом направлении и уменьшается с увеличением диапазона номинального давления, так как у ИП давления мембранного типа она обратно пропорциональна корню квадратному из диа­ пазона номинального давления. Правда, влияние ускорения у ИП давления с полупроводниковыми тензорезисторами вслед­ ствие малых уровней деформации мембран крайне незначитель­ но. При ускорении 1 м • с-2 выходное напряжение у ИП DWH5 при номинальном напряжении питания (6В) составляет при­ мерно 4 мкВ.

7.5. Устройства для измерения температуры

Включение в гл. 7 раздела, посвященного измерению темпе­ ратуры, нельзя признать вполне закономерным, так как по край­ ней мере в ближайшее время не предвидится использования для этой цели полупроводниковых терморезисторов '). В связи с тем, что блоки питания для полупроводниковых тензорезисторов рас­ полагают высокостабильным питающим напряжением, рацио­ нально иметь специальные устройства для измерений темпера­ туры, применив проволочные термометры сопротивлений. Таким устройством может служить прибор для измерения температуры типа TWA. Этим прибором можно измерять температуры от —50 до +200 °С. Чувствительным элементом здесь является платиновый термометр сопротивления (PtlOO).)*

*) Данное утверждение неверно. Для целого ряда специальных задач применение полупроводниковых терморезисторов является чрезвычайно эф­ фективным и перспективным. — Прим. ред.

7.5.1. Общие сведения

При измерении температуры электрическим контактным тер­ мометром применяют различные методы преобразования [13,21]. Упомянутый прибор типа TWA работает по способу непосред­ ственной оценки измеряемой величины. Этот способ выбран по­ тому, что дает возможность получать без промежуточного вклю­ чения усилителя напряжение, пропорциональное измеряемой температуре, так же как у обычных полупроводниковых тензорезисторов.

Устройство для измерения температуры с подключенным тер­ мометром сопротивления представляет собой одинарный мост, питаемый стабильным напряжением 6 В. При номинальном зна­ чении измеряемой температуры на резисторе с сопротивлением 1 кОм, включенном в измерительную диагональ моста, возни­ кает напряжение 100 мВ. Это дает возможность подключать непосредственно к измерительной диагонали цифровой вольт­ метр. Для различных исполнений прибора номинальные диапа­ зоны температур следующие: —50 ... +50; 0 ... 100; 0 ... 200 °С.

Если учесть систематические погрешности от нелинейности, обу­ словленные схемой моста, то, например, для диапазона темпе­ ратур 0 ...100°С наибольшая погрешность составляет ±1°С . Погрешностями, обусловленными перегревом термометра изме­ рительным током [11], в большинстве случаев можно прене­ бречь, так как максимальный ток через термометр сопротивле­ ния не превосходит 7 мА.

В приборах для измерения температуры могут использо­ ваться любые термометры сопротивления, имеющие платиновый чувствительный элемент с номинальным значением сопротивле­ ния 100 Ом при 0°С [22].

7.5.2. Термометры сопротивления

Термометры сопротивления применяются прежде всего там, где э. д. с. термопар оказывается слишком малой, т. е. при из­ мерениях малых разностей температур1). Из всех металлов, ко­ торые могут быть использованы для термометров сопротивлений, наибольшие преимущества имеет платина [8]. Ее температура плавления относительно высока (+1760°С) и одновременно она весьма коррозионностойка. Платиновые термометры сопротив­ ления изготавливаются из материала высокой чистоты и всегда имеют одинаковый температурный коэффициент сопротивления. Благодаря этому платиновые термометры сопротивления взаи-)*

*) Это утверждение неверно. Вопрос о целесообразных областях при­ менения термометров сопротивления и термопар выходит за рамки данной книги. — Прим, рео.

ность останется неизменной, то погрешность от нелинейности до­ полнительно увеличится (фиг. 7.45). При напряжении питания

Фиг. 7.44. Нелинейность моста с одним активным пленом при различных относительных измене­ ниях сопротивления

AR/R.

Usp = 4 В погрешности еще больше, так как на мост подается полное напряжение источника (Rv = 0).

Возникающая дополнительная погрешность при применении платинового термометра сопротивления обусловлена нелиней­ ным изменением удельного сопротивления платины от темпера­ туры [22].

Так как повышение напряжения питания у приборов, исполь­ зуемых для систем с полупроводниковыми резисторами, исклю­ чается, то снизить погрешность от нелинейности можно только

ar/rn

путем уменьшения относительного изменения сопротивления AR/R. Следовательно, величина сопротивления R должна быть по возможности большой. Значение AR уменьшить нельзя, так как тогда невозможно будет получить заданную величину на­ пряжения на измерительной диагонали моста. Поэтому наимень­ ший диапазон измеряемых температур при использовании при­ бора типа TWA равен Ю0°С (AR « 38,5 Ом). Внутреннее со­ противление прибора типа TWA должно быть не более 250 Ом.

зочном сопротивлении 1 кОм погрешность от нелинейности для обоих граничных значений диапазона номинальных температур равна нулю. Максимальная погрешность от нелинейности полу­ чается примерно в середине диапазона номинальных темпера­ тур. Из приведенных кривых видно, что температурный диапа­ зон измерений не ограничивается областью номинальных зна­ чений температуры. Диапазон измерений может быть расширен примерно на 20% при той же величине максимальной погреш­ ности. С помощью устройства TWA110 или 610 диапазон изме­ ряемых температур может охватывать от —20 до +120°С.

м/ям

Фиг. 7.49. Нелинейность прибора типа TWA при различных диапазонах температур.

Приведенные на фиг. 7.49 погрешности нелинейности яв­ ляются систематическими и обусловлены тем, что в схеме моста только одно плечо является активным, а также нелинейностью зависимости удельного сопротивления платины от температуры. Так как эти погрешности известны, они могут быть учтены при проведении точных измерений.

7.5.5.Двух- и трехпроводная схема

Вслучае применения двухпроводной схемы оба подводящих провода от термометра сопротивления до измерительного при­ бора включены в одно плечо моста. Погрешность в градусах, обусловленная изменением сопротивления подводящих проводов при колебаниях температуры окружающей среды, может быть определена по формуле

ф = Т Г Т 1 ' <7'56>

А Г Л у ГЛ

где А0 — изменение температуры подводящих проводов; RL— сопротивление подводящих проводов; yL— температурный ко­ эффициент сопротивления подводящих проводов (3,9 • 10~3/°С

7 З а к . 845

194 7. Полупроводниковые измерительные преобразователи

При применении трехпроводной схемы к прибору типа TWA подключаются три подводящих провода от термометра сопро­ тивления. Два подводящих провода включены в разные плечи моста, а третий соединен последовательно с нагрузочным со­ противлением, подключенным к диагонали питания моста (на фиг. 7.47 перемычка удалена). Благодаря тому что два одина­ ковых подводящих провода включены в разные плечи моста, изменение их сопротивления при колебаниях температуры окру­ жающей среды мало сказывается на результатах измерений.

Трехпроводные схемы применяют главным образом в тех случаях, когда подводящие провода большой длины могут су­ щественно повлиять на результаты измерений.

*) В отечественной термометрии средний коэффициент термочувствитель­ ности для платины принимается равным 3,9 • 10~3, для меди — 4,25• 10~3. —

Прим. ред.