Режим тренировки Edu
Баллы скрыты. Решайте по частям: открывайте подсказки и ответ только когда застряли, отмечайте решённое.В данной работе вам следует исследовать электрические свойства датчика температуры и самостоятельно сконструировать и исследовать свойства электронного термометра.
1.1 Приведите электрическую схему, позволяющую измерить требуемую зависимость.
Нарисуй схему с источником напряжения, исследуемым датчиком и одним известным резистором. Подумай, на каком элементе удобнее измерять напряжение мультиметром.
Соединяй датчик
- Нарисуй последовательную цепь: источник —
— — обратная связь к источнику. - Укажи точки, между которыми будешь измерять напряжение мультиметром (на
и на всём датчике). - Запланируй набор значений напряжения источника
и соответствующие измерения . - Вырази силу тока через датчик
через измеренные и известный .
Электрическая схема, позволяющая измерить требуемую зависимость, является традиционной и показана на рисунке.
Здесь
1.2 Проведите измерения зависимости силы тока через датчик от приложенного напряжения.
Поменяй подаваемое напряжение и для каждого значения измерь напряжение на известном резисторе. Подумай о достаточном количестве точек по всему диапазону.
При каждом установленном
- Выбери порядка десятка значений
равномерно по диапазону источника. - Для каждого
дождись установившегося значения и измерь на . - Вычисли
для каждой точки по и составь таблицу . - Вырази силу тока через измеренные величины для всех точек (получи готовую таблицу для графика).
Результаты измерений зависимости силы тока от приложенного напряжения приведены в Таблице 1.
Таблица 1.
| 2,54 | 1,83 | 0,915 |
| 2,29 | 1,65 | 0,825 |
| 2,11 | 1,52 | 0,760 |
| 2,01 | 1,44 | 0,720 |
| 1,93 | 1,38 | 0,690 |
| 1,84 | 1,31 | 0,655 |
| 1,68 | 1,20 | 0,600 |
| 1,57 | 1,11 | 0,555 |
| 1,44 | 1,02 | 0,510 |
| 1,29 | 0,92 | 0,460 |
| 1,10 | 0,78 | 0,390 |
| 0,95 | 0,67 | 0,335 |
| 0,75 | 0,53 | 0,265 |
| 0,56 | 0,39 | 0,195 |
| 0,42 | 0,29 | 0,145 |
| 0,30 | 0,21 | 0,105 |
| 0,14 | 0,10 | 0,050 |
| 0,05 | 0,03 | 0,015 |
1.3 Постройте график полученной зависимости.
Построй график зависимости силы тока от приложенного напряжения, отметь все точки и оцени, насколько они лежат на прямой.
Построй график
- Оси: по горизонтали
, по вертикали ; нанеси все экспериментальные точки. - Проведи линию наилучшего соответствия (МНК) через набор точек.
- Найди наклон прямой
(из МНК) и его погрешность. - Вырази сопротивление датчика как обратную величину наклона, используя полученный
.
График полученной зависимости показан на рисунке.
1.4 Укажите, можно ли считать сопротивление датчика постоянным (не зависящим от приложенного напряжения).
Полученная зависимость является прямо пропорциональной; это означает, что сопротивление датчика не зависит от приложенного напряжения.
1.5 Используя полученную зависимость, рассчитайте сопротивление датчика с максимальной точностью. Оцените погрешность полученного значения.
2.1 Измерьте зависимость сопротивления датчика от температуры.
Помести датчик в воду разной температуры, давая время на термокомпенсацию, и измеряй его сопротивление при каждом значении температуры.
В качестве измерения используй режим измерения сопротивления мультиметра; температуру измеряй отдельным термометром и фиксируй после установления равновесия.
- Подготовь ряд температур в диапазоне (например от комнатной до ~60°C) и дождись установления температуры в стакане после перемешивания.
- Для каждой температуры измерь и запиши значение
(в градусах Цельсия) и соответствующее сопротивление датчика. - Повтори измерения несколько раз при некоторых точках для оценки случайной погрешности.
- Вырази полученные пары
в таблице для последующего анализа.
– 2.2 Результаты измерений зависимости сопротивления датчика от температуры приведены в Таблице 2 и показаны на графике.
Таблица 2.
| 72,5 | 0,34 | 0,014 |
| 70,0 | 0,37 | 0,014 |
| 68,0 | 0,41 | 0,015 |
| 65,0 | 0,45 | 0,015 |
| 62,0 | 0,52 | 0,016 |
| 60,0 | 0,56 | 0,017 |
| 58,0 | 0,60 | 0,017 |
| 55,0 | 0,66 | 0,018 |
| 52,0 | 0,74 | 0,019 |
| 50,0 | 0,80 | 0,020 |
| 48,0 | 0,88 | 0,021 |
| 45,0 | 0,99 | 0,022 |
| 43,0 | 1,07 | 0,023 |
| 40,0 | 1,21 | 0,025 |
| 37,0 | 1,33 | 0,027 |
| 35,0 | 1,47 | 0,029 |
| 33,0 | 1,60 | 0,030 |
| 30,0 | 1,82 | 0,033 |
2.2 Постройте график полученной зависимости.
2.3 В диапазоне температур от
Указанную в условии задачи формулу можно записать в виде
3.1 Предложите электрическую схему, позволяющую измерять температуру так, чтобы показания вольтметра в милливольтах в 10 раз превышали температуру терморезистора в градусах Цельсия. Укажите численные значения сопротивлений переменных резисторов, которые использовались в вашей схеме.
Подумай, как преобразовать изменяющееся с температурой сопротивление в напряжение, удобное для считывания вольтметром, и как при необходимости усилить или подстроить масштаб сигнала. Нарисуй схему с терморезистором и элементами, позволяющими менять чувствительность и смещение показаний.
Воспользуйся законом Ома и делителем напряжения: вытащи зависимость выходного напряжения от сопротивлений в типовой схеме делителя или мостика. Запиши общую формулу для выхода делителя вида
- Выбери простую схему (например, делитель с терморезистором в одном плече и переменным резистором в другом) и зафиксируй напряжение питания
. - Запиши уравнение делителя, подставив в одно плечо
, а в другое — суммарное сопротивление, включающее переменный резистор(ы). - Потребуй пропорциональности между
и температуры (заданной шкалой), подставь аппроксимированную зависимость из части 2 в уравнение делителя и получи систему уравнений на неизвестные резисторы и/или положение переменных резисторов. - Выразите сопротивления переменных резисторов из полученной системы.
Схема для измерения температуры очевидна и показана на рисунке. Если выставить значение сопротивления

3.2 Проведите тестирование вашей схемы: измерьте зависимость показаний мультиметра от температуры и постройте график полученной зависимости.
Тестирование схему подтверждает проделанные расчеты.
Примечания
- 1. Расчет графическим методом также допустим. ↩