热敏电阻温度补偿回路计算方法及其在电导仪中的应用.pdf

第?卷第?期?!年!月仪器仪表学报#%。&()+,./)012+&()3(2(&()+3/.4)30567取?!热敏电阻温度补偿回路计算方法及其在电导仪中的应用吴 思诚虞宝珠8北京大学9【提要】在待测样品的电导8或电阻9随温度近似线性变化的情况 下,用半 导体热敏电阻组成的 串、并联 电阻网络 作为温度补偿回路。本文介绍了按所选用的半导体热敏 电阻参数大小计算与之串联和并联的 电阻阻值的方法。在:,一?;型电导仪中,应用这 种方法所得到的温度补偿回路,在&范围内测得 电导率的相对误差士;?。热敏电阻 是一种利用半导体材料制成的元件。当温度改变时,其电阻按指数函数的规律迅速变化?二。”怜一劲8?9其 中3。为摄氏零度,用绝对温标作单位即为;?7?左右。热敏电阻的温度系数较大,它是一种较好的温度补偿元件。但它随温度的变化是非线性的,且目前的热敏电阻参数分散性很大,给测量 工作带来困难。在:,一?;型 电导仪的试制中,采用热敏电阻作温度补偿元件,并根据热敏电阻的不同参数,选择合适的串、并联电阻,从”范围内,在测量电导时,电导率的相对误差镇士;?,解决了热敏电阻分散性大的间题。7本文于?年?;月 收到。第?期热敏电阻温度补偿回路计算方法及其在电导仪中的应用一、基本方 法测量对象8电阻或电导9随温度作线性或近似线性变化时,为达到较好的温度补偿效果,必须把热敏电祖与一定的电阻8温度系数可以忽略9组合,使整个组合电阻或电导 随温度作接近 于线性的变化,符合测 量对象的要求。较简单的方法是先并联一个电阻/。,再与另一个电阻/,串联,我们把这个组合电阻记为/芬8图?9。,/。一/。/8;9了?,群一图在 !一#型 电导仪中,采取图的温度补 偿线路。设待测电解液的阻值为%二,通过它的电流为&二,作补偿用的热敏电阻为%李包括%,、%。(,通过它的电流为&)。线路中接入运算放大器,作直流放大用。由于运算放大器输入阻抗很高,所以二+,&,二几。又因为月是“虚地”,所以玖,几%二,犷。二犷滩,.一一/其 中根据犷0。,+%。厂,&)%二所以&。%。,&)%乒&,%二&。,%。犷,二112112),二,一3 布一,弋人上式即有)八苦图犷一%形一%#&。,其中犷二、%。都是 固定的。这说明当温度变化时,为了维持输出 电流不变,即要求&。不变,则必 须使%34%二这 一比值不随温度改变。所以,达到温度补偿的条件是5(满足%+。%二6下一”常 数&7劣5(式的关键是根据测量对象的变化规律和热敏电阻的参数/、%)。,选择相应的%,、下面分两种情况讨论)2在洲 盆对象为 电阻 随通度作线性变化 的情况 下,选择%,、%。的 方法设测量对象的电阻为%二,随温度作线性变化,为使%李符合5(式,要求)8(由于%二一7(为一直线,所以基本上%3一7(也 应为一直线。9(当选择一定的温度范围7?67:时,我们要求7,、7)及它们的中值7中二7)十7:所对应的%二)、%李)、%二中三点分布在一直线上图5(,而其它 温度下的%二则均匀地分布在;仪器仪表学报?!年直线两侧。3、3的选择应满足使这些 不在直线上的点对直线的偏差较小,并符合温度补偿的要求。满足上述中值条件应有/二中/二/二;898&9设温度为时测量对象的阻值为3,时测量对象的阻值为/二,温 度为 爪/二,由8?9式/二,/二;/二,/二;令/二?/二为,则/乒,/,二7于一一二允于允二;89图比例常数丫可得到包含可从待测对象的一 些标准数据中求得。这样把8;9式代入89、?89户 了7 7、丫一一、%,7产、7 7?;矛了7 且、了7 7 7 龟、厂7%、%、/解得其中/,、/、/。/,工/中/中一/,/,一/,中8!9?一丫/,。/急一一?片/一/“一“一“一“8/。9 8/,;/。9/伸可分别由8?9式取3为3工、3、3中8 9得到。;7在侧对象为 电导随温度作 线性 变化的 情况 下,选择/,、/。的方 法设测量对象的电导 为二,它随温度作线性 变化,热 敏一。,=、7了%、,电阻的电导为“七二玄9,电阻“一“。的电导分别为?一蕊一一、式尸?,、7=几于一,贝.田8艺9式八?,二一二二,二/于%一一丫丫丫一一?7%同样,根据?7/,/,/。89=88?9尸尸8,9图9的要求8图9手。李;有方程二口芬中。,二,一7=一一一,二乞第?期热敏 电阻温度补偿回路计算方法及其在 电导仪中的应用把8?9式代入,得三竺塑上丝一十二竺二过卫,8中9,中8?98,9,98?;9%弓%解方程后求出;8?9乒,一;8?9,乒,中孚一中 乒,;8?一9,口中莽一莽,;8?9,中一;8?9,中一;8?一9,8?9竺旦生三竺竺二全旦竺生生一。,一,中8?9=?田式,、/。合,即可求得/一/。由“,式,其中?。8令一资9、“顶万叮%一丽万召一/,8去一去9”8去试各动二、在:,一?;型电导仪中采用热敏电阻进行温度补偿的计算结果8?9、8?9式给出了当测量对象为电导时求解、的公式,、不仅与热敏电阻的参数、/。有关,并且与3,、几、丫有关。对于一定的热敏电阻如果选择不同的3,、3、丫,也就有不 同的、,从而直接影响了温度补偿的效果。以下介绍在:,一?;型电导仪中采用热敏电阻进行温度补偿的计算及结果。?7初步计算各种电解质溶液的电导率都是随温度变化的,在低浓度87)以下9时电导率与温度之间的关系是;。?,83一3。9日83一3。98?。时溶液的电导率,是温度为3时溶液的电导率。对各种不 同的 溶液,日约为8?7?=;7?9。而日较小,通常可 以忽略。所以随3的变化较接近 于线性变化,只是在低温端略有弯曲,符合本计算方法的要求。选热敏电阻参数刀。、?为例进行计算,要求在+&=范围 内温度补偿误差蕊士;?。分别 选3、3为8?&、9、8%&、9、8&、9等进行仪器仪表学报?!年计算,由8%?9、8?9式求出、,代入8?9式求出各温度下的。李,并与)&(溶液在各温度下的相对电导率二比较。计算结果表明,在3,?&、好,误差在士?以下8表?、图 时温度补偿效果较步减小误 差。;78一39曲线形状的讨论从图8户69、一一一386,98?9当8户69一一;了8户6,98?9 以“”表示 的虚 线为)&(的8二一39标准 曲线8;9 以“”表示的实线为8手一39,以?、为 定点连 结。8?9以“”表 示 的实线 为8;7?;于一39,使在?、时 与二重合,并以这两点为定点连 结。图。由于二阶微商为零,而相应的一阶微商不等于零,所以它是曲线的一个拐点。例如,在图六”8六39曲线的渐近线劲,。,将按指数规律 趋于零,则 由8?、式。芬,。二十热敏电阻温度补偿回路计算方 法及其在 电导仪中的应用表(3,?&、3二&,求得丫二7?;、尺尸?7、/。?7?!3义注?拼_;7!?;注;奋对8于一39直线的偏离8?9手对,的偏离8?9?八?内?!匕#?%住,白%,工#八&,几&八八#()。?+,)。.)。/)。/0)。.。),。)。11)。?)。+)%/%。.)。.)+。0 1 01。)1。/),)。1+1)。/)。0 0)。/0/.)。0)。)。?0。1?。?/。)。1)。/?。.+.。0?1%)+1。?0)+。)。)一%1一1。.一1。+一。2一)。)。)。)一1。2一。2)。+。)。+333。?。)。)一。2)。0一。#亡#?#45%?已 八“勺品4工匕#?二#勺,叮,6几77&,勺亡内2只月了厅 注 凡带,号数据是日本横河制作所.?型 电导仪使用说明书上提供的,其它!二值是根据 这些数据作图 得 到。注1为了在8,、83这 两 个固定点。于与。9重合以便比较,所以!子乘上某一比例 常 数。当8:时,!3按指数函数规律而 迅速增加,而;、&不随丁改变,所以当!,较大时,&?“;?。即!乒一,夕。整个曲线情况如图所示。!%选择合适的8工、少3,修正丫,减小通度补偿误差。据根可一8?曲线形状的讨论,从图看出,当88中时,各可对可一8?直线的偏离及该直线对标准曲线的偏离,两项偏差是互相叠加的,而在88中时,两者却可以互相补偿。所以在88中处,温度补偿误差较大而在88中处,温度补偿误差一般较小些见表?。为此,我们可设法降低可一8?直线的倾角,使上述两项偏差尽可能互相补偿,以便在较宽的温度范围内满足温度补偿 的要求。我们把83选在所要求温度补偿范围的上 限,即/)处,并使该点的可偏离!二为所允许的最大误差一1。在低温端,由于上述两项偏差 可以互相补偿,所以8可选在略高于温度补偿范围的下 限%。这时也应作相应修正,记为丫,根据上述考虑,则,二卫三丝些些竺通丝互!二%/:%一1?在刀?1)、?)、?+)等情况下,根据丫,计算,、。,求得!手对!二的偏差。在2/)范围内,都是落士1,达到了较好的温度补偿效果。表1列出了在二?+)、6!二凡。的条件下所求得的“及其对“的偏差值,见图/,根据?、8?9以“”表示 的盛线为)&(的8二一39标准 曲线8;9以“表 示的实 线为根据气以?、了。为定点所连结的8;7;_。于一39直线图!图表、?&,求得7二7?,/,!7,/。?73于_;7;手对二偏差8?9卫旦三了一华=、了6丝竺了8?,一9;。?。!?。!?。?。?。?。?。!?。?。!?。?;。;。?;。;。%?。?。?。?。?。,。!。一。!一;。一?。?。!火?一。_?一7 _?一吕。?_?一!7?_?一!7;_?一!7 _?一!7!_?一!7 _?一!7!_?一!77 _?一!7?;_?一7!?_?一!?。?_?一?。?_?一毛?。?一?。;?一?。_?一!7 _?一!_?一 7;?_?一一7_?一一?7 _?一一。_?一一77?_?一一!7!_?一一 7?_?一一?,_?一?;肠?勺八4匕#?一!#甘?组一匕一件7子表?当 浓度。2%2)的!溶液的电导率).1 )当当工 电 导协巴勺勺。.)。1/1+%0%?1。电电导率!二9)吕吕。.)。1/1+。0。?1。不方便的。为此,我们用电子计算机在/。7(。=7。、二%=?范围内算出/,、/。,使用时直接查表即可。计算时,据根:,一?;型电导仪的量程范围8?协。及!?;。;。;?。?。!?7。;。?!?。?。?。?三、在:,一?;型电导仪中采用热敏电阻进行温度补偿的实验结果?7用 电解液侧 沮度补偿结果测量对象7 7?!。由金属膜电阻和锰铜丝线绕电 阻配成电极:,+一%型玻璃电极8铂黑9,电极常数7 改变温度后平衡时间在超级恒温槽中测量,平衡时间?=?分钟。3表?;物出 电压8#9!7?!7?;!7?!7;!。;!7;!。?!。!修正零点后的电压 8#9犷8以犷。,为准9犷犷?9。?。?;。?。;!。;。;。?。!一。;。;。?一。一。一?。一?;。?一。?一。!。3;表一?/于89/二89/二/拼8/_/句 对;?。?;?。!?。;?。;。!。!。7。,7。?。;。?。一。?一。?8左二/9对;&值的 相。,(。%。?,咨八 主7确,、(甘一性?甘.月洒幼洲日名;、夕,?一。;一?!仪器仪表学报?!年实验结果8?9改变温度测量:,一?;型电导仪的输出电压。8零点 9零点漂移士7 。8;9改变温度测量/二及/乒用+一?万能电桥测电解液的电阻,频率?,用数字欧姆计测/。说明?7表、表所列的是包括温度补偿误差及其它因素在内的整机误差,在“&范围内均落士?,符合设计要求,说明上述计算/,、/。的方法是正确的。?7厂。/汀/二,犷。与可二成反比。确定丫时,要求在低温端心比二偏高、偏差为正而在高温端弓比二偏低、偏差为负。但由于犷。与加二成反比,所以在表表!热 敏电阻号生丫卜?#犷8?989/8。9/尸8 9/89?!?!一?。!7!?一。?。;。?。?一。?一。?%。?枕翌盆?。;?。;。一?。?。?。%。!一。?一。?一。?。!?%孟二 移曰32#4#4#“丹5 甘 2工曰舟匕%#乙 八4 八4?)#4#4一一互口#?”4八4目#%#,今曰勺勺口任亡5川副叫川参考文献 约飞,科学与技术中 的半导体1周昌震,成分 分析仪器上册?#=#!:#!=玉!8!5?:6:_!:#8=:=8;=!=:#!:#=!#6!:#:#6:=,(一#,!:一”夕4#口=夕?883#!:_:#6!#:=!#!=!=#!#!=!#=!;=:9!%8;!;=#=:6!=一;!=!#:=:#6:=一=:=_:=;=!=一:;#!:#=%:6_:=!#=!#:#6:=:=#=!#6;!=!;=#6!#6!;6:6#;=!=一:;#!:#=#一)1:#6:=%#;=!=!#_=:/)“,_=!:#!=:=:_:双6!=6#土1%