Расчет конструкции

Конструкция, разрабатываемого датчика мгновенных температур с диапазоном от 0 до 100 С°. на рис.5

Рис.5 Конструкция датчик мгновенных температур с диапазоном от 0 до 100 С°.

Исходя из того, что длина датчика (l) влияет на время отклика датчика мгновенных температур, следует что длину нити необходимо по возможности увеличить, насколько это конструктивно возможно.

Для увеличения длины, сохранения компактности и прочности измерительного элемента – нити, он будет намотан спиралью вдоль четырёх опорных стержней, два стержня будут подключены к выводам сигнала датчика.

Материалом нити датчика был выбран нихром. Преимущество нихрома – это высокое удельное электрическое сопротивление. Несмотря на достаточно низкий температурный коэффициент, по сравнению с платиной и золотом, имеет высокую пластичность т прочность, что позволяет подвергать его сварке, точению, волочению, штамповке и другим видам механической обработки, что не маловажно при последующем ремонте датчика. Он так же устойчив к окислению, имеет большой диапазон измеряемых температур [15].

Ниже представлены расчеты параметров измерительной части датчика мгновенных температур (нити).

Узнаём длину одного витка по формуле:

где

d - диаметр витка = 0.01 (м)

к – шаг витка = 0.001 (м)

Lv = 0.031 - длина одного витка

Количество витков на всём участке обмотки находится по формуле:

n=l/k, где

l = 0.09 (м)– длина участка обмотки

n= 90 - количество витков на участке обмотки

Общую длину участка нити узнаём по формуле:

L_общ = n*L_v

L_общ = 2.513 (м)

Для выполнения расчетов конструкции необходимо рассчитать начальное сопротивление нити из платины R₀:

где ρ - удельное сопротивление металла (нихрома) = 140*10^-8

L - длина нити равная = 2.513(м)

S -площадь поперечного сечения (м)

Необходимо рассчитатьплощадь поперечного сечения:

D – диаметр нити равный = 0.001(м)

r - радиус равный половине диаметра(D)= 0.0005(м)

S = πr² = 3.14*(0.0005)² =7.85*10^-7(м)

Узнав площадь сечения находим R₀

R₀ = 140*10^-8 (2.513/7.85*10^-7) = 4.482(Ом)

где R₀-сопротивление нити (Ом)

Узнав R₀ находим ∆R

∆R= R₀ * α * ∆T = 0.112 (Ом)

Где α-температурный коэффициент сопротивления (ТКС) = 0.25*10^-3

∆T-изменение измеряемых температур (100 С°)

В итоге находим R

R= R₀ (l+α * ∆T) = 11.375 (Ом)

2.2 Мостовое соединение

На рис.6 представлена схема мостового соединения

Рис.6 Мостовое соединение

Примем, что R₁=R₂=R₃=R₄=100 (Ом)

U_пит=I_доп*2*R₄

где R₄=R₀

I_доп<25мА, тогда напряжение питания будет равно:

U_пит=I_Доп*2*R₄=25*10^-3*2*100 =5 (В)

Выходное напряжение мостовой схемы при максимальном изменении сопротивления будет равно:

U_вых= = 5/4 * 0.112 /100 =1.401* 10^-3 (В)

Вывод

Рассчитана конструкция датчика мгновенных температур, его параметры L_общ, S, R₀ , ∆R, R.

Кроме этого осуществлены расчёты основных параметров измерительной цепи, таких как: U_пит­­ , U_вых .

В результате расчетов конструкции датчика получено:

R₀ = 4.482(Ом)

∆R = 0.112 (Ом)

R= 11.375 (Ом)