Описание лабораторной установки. На лицевой панели лабораторного стенда (рис

На лицевой панели лабораторного стенда (рис. 3) смонтирована измерительная схема моста 1, автоматический мост 2, колодка зажимов моста 3, декады магазинов сопротивления 4 для изменения сопротивления соединительных линий, в диапазоне 0 ¸ 1 Ом с шагом 0,1 Ом, тумблер 5 включения питания.

На приставке к стенду установлен магазин сопротивлений Р 4831, служащий имитатором термометра сопротивления.

Порядок и методика выполнения работы

5.4.1. Определить технические характеристики приборов и заполнить таблицу:

тип градуировки	предел измерен.	класс точности	цена деления	сопротивление линии	примечание

 

5.4.2. Контроль исправности прибора

Собрать схему для поверки моста в соответствии с рис. 2.

К клеммам 1, 2, 3 через добавочные резисторы 4 подключить образцовый магазин сопротивления (Р 33) Р 4831 установить в нулевое положение. Включить тумблером 5 питание лабораторной установки. Переключатель в измерительном блоке прибора установить в положение «Контроль».

Клеммы 1, 2, 3 автоматического моста замыкаются и параллельно резистору подключается добавочное сопротивление, что вызывает разбаланс схемы. Указатель должен устанавливаться против красной отметки на шкале с погрешностью ± 3 мм.

5.4.3. Поверка показаний

Переключатель в измерительном блоке моста перевести в положение «Работа тока»

Поверка автоматического моста заключается в сравнении показаний с действительными значениями, определяемыми по градуировочной таблице (приложение 3).

Образцовый магазин сопротивления, подключенный к мостовой схеме, служит калиброванным сопротивлением, имитирующим термометр сопротивления. Изменяя сопротивление образцового магазина сопротивления в соответствии с градуировочной таблицей, совмещают стрелку прибора с поверяемой отметкой шкалы прибора.

Поверка производится по оцифрованным отметкам прибора при прямом и обратном ходе шкалы прибора.

Результаты измерений занести в таблицу и вычислить погрешности:

 

 

Отметки шкалы прибора	сопротивлен. термометра по градуировочной таблице	Показания образцового магазина	Погрешности прибора	Вариации
абсолютная	Приведенная
прямой ход	обрат. ход	прямой ход	обратный ход
°С	Ом	Ом	Ом	Ом	Ом	%

 

5.4.4. По полученным результатам построить графики зависимостей:

R_t = f(t), R₁ = f(t) или R₂ = f(t)

на одних и тех же осях координат.

5.4.5. Определить дополнительную погрешность показаний при изменении сопротивления соединительных линий.

В измерительную цепь моста введены уравнительные катушки, суммарное сопротивление которых составляет сопротивление соединительных линий. Опыт производить при изменении сопротивления линии на +20% от номинального значения. Поверку осуществить на трех отметках шкалы (начало, середина, конец). Результаты поверки занести в таблицу:

Отметки шкалы прибора	Показания образцового магазина сопротивления	Погрешности
при Rвн	при Rвн + 20%	абсолютная Rвн + 20%	приведенная Rвн + 20%
°С	Ом	Ом	Ом	%

 

5.4.6. Сделать заключение о пригодности прибора.

5.4.7. Теоретически изменить схему подключения термометра сопротивления и сделать прогноз относительно погрешностей измерения.

5.4.8. Осуществить переградуировку шкалы прибора на заданный преподавателем предел измерения. Какие из сопротивлений измерительной схемы необходимо изменить при этом? Выполнить расчет и организовать постановку опыта.

Составить отчет по работе.

Необходимо в отчете дать краткое описание работы (цель, содержание, характеристики приборов), одну из измерительных схем, таблицы с результатами проверки, графики, заключение о пригодности прибора.

Контрольные вопросы

1. Что такое градуировочная характеристика термометра сопротивления.

2. Двух- и трехпроводные схемы подключения термометра сопротивления и их особенности.

3. Устройство и принцип действия автоматического и неавтоматического моста.

4. Может ли работать один и тот же мост с различными типами термометров сопротивления?

 

6. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

«ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК И РЕЖИМОВ РАБОТЫ ЛОГОМЕТРА»

Цель и содержание работы

1. Ознакомление с измерительными приборами, работающими в комплекте с термометрами сопротивления.

2. Освоение методов поверки производственных логометров, определение его технических характеристик, исследование различных режимов работы.

6.1.2. Содержание работы

1. Изучение методов измерения температуры с помощью сопротивления.

2. Изучение измерительных приборов, работающих в комплекте с термометрами сопротивления, определение их технических характеристик.

3. Поверка логометра и исследование режимов его работы.

4. Составление отчета.

Теоретические сведения

Измерение температуры термометрами сопротивления основано на свойстве проводников и полупроводников изменять свое электрическое сопротивление при изменении их температуры.

Температурный коэффициент электрического сопротивления проводников положителен (сопротивление возрастает при повышении температуры), а полупроводников – отрицателен (сопротивление понижается при повышении температуры).

Таким образом, омическое сопротивление проводника или полупроводника представляет некоторую функцию от температуры:

R = f(t)

Серийно выпускаются платиновые термометры сопротивления ТСП для температур от –200 до + 550 °С, медные ТСМ для температур от –50 до +180°С.

Как платиновые, так и медные термометры сопротивления выпускаются нескольких градуировок, которые отличаются друг от друга начальным сопротивлением.

Для измерения температуры термометрами сопротивлений необходим комплект, который включает в себя следующие элементы:

1. Термометр сопротивления

2. Измерительный прибор (уравновешенный мост, неуравновешенный мост, логометр)

3. Соединительные провода

Логометры являются магнитоэлектрическими приборами, подвижная система которых состоит из скрещенных под острым углом и жестоко связанных между собой рамок. На схеме (рис. 1) сопротивление рамок обозначены R_р1 и R_р2 (обычно рамки имеют одинаковое число витков, поэтому R_р1 = R_р2). Магнитная система логометра состоит из постоянного магнита 1 с полюсными наконечниками и неподвижного стального сердечника 2. Воздушный зазор между сердечником 2 и полюсными наконечниками увеличивается от центра полюсных наконечников к их краям.

Благодаря этому, магнитная индукция уменьшается от центра к краям примерно по квадратичному закону. Подвод тока к рамкам производится через спиральные пружины с малым противодействующим моментом, эти же пружинки обеспечивают возврат стрелки в исходное положение при отключении источника питания. Таких пружинок в логометре 3. Рамки получают питание от одного источника с напряжением E, в цепь первой рамки включено постоянное напряжение R₁, а в цепь второй рамки – постоянное сопротивление R₂ и сопротивление термометра R_t. Постоянные сопротивления R₁ и R₂ выполняются из магнита. Вращающие моменты рамок М₁ и М₂ направлены навстречу друг другу. Подвижная система находится в покое, когда вращающиеся моменты рамок равны, т.е. М₁ = М₂.

Учитывая, что

где I₁, I₂ – токи рамок,

В₁, В₂ – магнитная индукция в соответствующих зонах расположения рамок, условие равновесия можно записать в следующей форме:

(9)

Допустим, что в начальном состоянии R₁ = R₂+R_t.

В таком случае при R₁ = R₂ токи рамок равны и подвижная система займет положение, симметричное относительно оси магнитной системы. При повышении температуры контролируемой среды сопротивление термометра R_t возрастает, что приведет к уменьшению тока I₂ и вращающего момента М₂ второй рамки. В результате равновесие нарушается, и подвижная система поворачивается по часовой стрелке, причем рамка 2 переходит в зону большей, а рамка 1 – в зону меньшей магнитной индукции.

В определенном положении подвижной системы вновь наступит равновесие.

Можно считать, что каждому положению подвижной системы, характеризующемуся углом поворота a, соответствует определенное соотношение магнитной индукции, т.е.

(10)

Из выражений (9) и (10) следует, что в установившихся соотношениях

(11)

Преобразуем полученное соотношение, заменив:

Тогда (12)

Таким образом, угол поворота подвижной системы логометра зависит от соотношения сопротивлений цепи рамок и в принципе не зависит от величины напряжения источника питания.

Однако, практически при больших изменениях напряжения наблюдается зависимость, что связано с перегревом рамок и пружинок при повышении напряжения и увеличением роли противодействующего момента пружинок и момента трения в опорах при понижении напряжения.

Из выражения (12) следует, что при постоянных сопротивлениях R_р1; R_р2; R₁; R₂ угол поворота подвижной системы можно рассмотреть как функцию только сопротивления термометра, т.е.

a = F (Rt)

Для увеличения чувствительной рамки логометра включают в мостовую схему, позволяющую осуществлять температурную компенсацию. В логометре используется неуравновешенная мостовая схема.

На рис. 2 представлена измерительная мостовая схема логометра с манганиновыми резисторами. Мост образован постоянными резисторами R₁; R₂; R₃; R₆ и термометрами сопротивления R_t.

В диагональ cd включается источник постоянного напряжения.

Напряжение питания логометра 4В.

Рамки включены последовательно между противоположными вершинами моста, образуя измерительную диагональ ab.

Средняя точка между рамками соединена через последовательно включенные медный резистор R₅ и манганиновый R₄ с вершиной моста, к которой подведен один провод источника питания, второй провод источника питания подключен к противоположной вершине.

Резистор R₄ служит для изменения угла отклонения подвижной системы, а R₅ для температурной компенсации.

Для обеспечения большой чувствительности мостовая схема прибора симметрична, т.е. R₂ = R₃.

Термометр сопротивления подключается по трехпроводной схеме, т.е. исключается влияние колебаний температуры окружающей среды на показания логометра, т.к. соединительные провода при этом включены в разные плечи моста.

Изменение сопротивления термометра вызывает изменение тока в одной из рамок и поворот подвижной системы прибора до достижения равновесия, т.е. измерение выполняется методом непосредственной оценки.

Возможно включение термометра по двухпроводной схеме. В этой схеме минус источника питания присоединяют к клемме 2 логометра. При этом оба соединительных провода оказываются включенными в одно плечо последовательно с сопротивлением R₆ и R_t.