Измерительные приборы термометров сопротивления

В качестве измерительных приборов термометров сопротивления применяют уравновешенные мосты и логометры (омметры). Для полупроводниковых терморезисторов измерительными приборами обычно служат неуравновешенные мосты.

Уравновешенные мосты делятся на лабораторные (неавтоматические) и производственные (автоматические). Автоматические уравновешенные мосты выполняют в виде указывающих, регистрирующих и регулирующих. Принципиальная схема уравновешенного моста постоянного тока с термометром сопротивления приведена на рис. 2.2.1. Мост состоит из двух резисторов R1 и R3 с

 

Рис. 2.2.1

постоянными и равными сопротивлениями, переменного резистора R2 и термометра Rt. К сопротивлению термометра присоединяются сопротивления 2Rпр двух соединительных проводов. В одну диагональ моста включен источник постоянного тока, в другую — нуль-прибор НП. При равновесии моста, которое достигается перемещением движкапо резистору R2, сила тока в диагонали моста I0 = 0. В этомслучае потенциалы на вершинах моста b u d равны, ток от источника питания разветвляется на две ветви I1 г и I3, падение напряжения на резисторах R1 и R3 одинаковое, падение напряжения на плечах моста bс и cd также одинаковое, сила тока зависит от Е или разности потенциалов Uab на вершинах моста. Следовательно, необходимым условием правильного измерения является поддержание разности потенциалов постоянной, для чего в цепь источника тока вводят регулировочный реостат R. Для контроля разности потенциалов в схему моста параллельно термометру включают манганиновый контрольный резистор RK, сопротивление которого равно сопротивлению термометра приопределенной температуре, отмеченной красной чертой на шкалемилливольтметра.

 

В случаях, когда колебания температуры среды, окружающей соединительные провода, значительны и погрешность при измерении может превысить допустимую величину, применяют трехпроводную систему проводки, которая состоит в том, что одну из вершин моста переносят непосредственно к головке термометра (рис.2.2.2). При таком присоединении сопротивление одного провода Rnp прибавляется к сопротивлению Rt, а сопротивление второго провода — к сопротивлению КПР R2

.

 

Рис. 2.2.2

 

 

 

Рис. 2.2.3

 

В автоматических уравновешенных мостах (рис.2.2.3) движок КПР перемещается автоматически, а не вручную. Измерительная схема уравновешенных мостов питается как постоянным, так и переменным током.

В автоматических мостах переменного тока решающее влияние имеют активные сопротивления, поэтому выведенные выше соотношения для мостов постоянного тока сохраняются и для автоматических мостов переменного тока. Последние имеют ряд преимуществ перед мостами постоянного тока: измерительная схема питается от одной из обмоток силового трансформатора электронного усилителя, т. е. не требуется дополнительного источника питания (сухого элемента) и отпадает необходимость в применении вибрационного преобразователя. Существуют различные модификации автоматических уравновешенных мостов. В качестве примера рассмотрим принципиальную схему электронного автоматического уравновешенного моста на переменном токе (см. рис.9). Резисторы Rl, R2, R3 измерительной схемы с постоянными сопротивлениями выполнены из манганина, а реохорд Rp — из манганина или специального сплава. Измерительная схема питается переменным током напряжения 6,3 В. Напряжение разбаланса на вершинах моста а и b подается на вход электронного усилителя ЭУ. В нем оно усиливается до величины, достаточной для приведения в действия реверсивного электродвигателя РД. Ротор двигателя, вращаясь в ту или другую сторону (в зависимости от знака разбаланса), через систему передач перемещает движок КПР, уравновешивая измерительную схему моста, а также перемещает показывающую стрелку. Если мост находится в равновесии, то ротор реверсивного двигателя не вращается, так как напряжение на вход электронного усилителя не подается. Аналогичную схему имеет и уравновешенный мост на постоянном токе. В нем электронный усилитель имеет вибрационный преобразователь, поэтому узел усиления у него такой же, как у потенциометра. Уравнение шкалы уравновешенного моста зависит от положения движка КПР.

Логометры — это магнитоэлектрические приборы, подвижная система которых состоит из двух жестко скрепленных между собой рамок, расположенных под некоторым углом (в предельном случае в одной плоскости). Угол поворота такой подвижной системы есть функция отношения сил тока I₁ и I₂ в обеих рамках: φ == f (I₁ / I₂). В определенных пределах колебания напряжения источника питания не влияют на показания прибора. Таким образом, логометры совмещают преимущества уравновешенных мостов (независимость от колебаний напряжения источника питания) и неуравновешенных (непосредственное измерение).

На рис. 2.2.4 показана схема логометра. Постоянный магнит снабжен полюсными наконечниками N и S с цилиндрическими выточками. Центры выточек полюсных наконечников смещены относительно центра сердечника. Между полюсными наконечниками расположен цилиндрический сердечник из стали, вокруг которого вращается подвижная система из двух рамок R1и R2. К рамкам прикреплена стрелка, перемещающаяся вдоль шкалы, проградуированной в градусах.

Рис. 2.2.4

 

(наибольшее значение в середине полюсных наконечников, наименьшее — у края), являясь функцией угла поворота от среднего положения. К рамкам подводится ток от общего источника питания (сухой батареи). В рамку R1 ток поступает через резистор R постоянного сопротивления, в рамку R2 — через термометр Rt. Направление сил тока I₁ и I₂ таково, что вращающие моменты рамок оказываются направленными навстречу один другому. Вращающие моменты рамок

M1 = c1B1I1; M2=c2B2I2

где с1 и с2 — постоянные, зависящие от геометрических размеров и числа витков рамок; В1 и В 2 - магнитные индукции в зоне расположения рамок. Если сопротивление рамок одинаковое и R = Rt то I₁ = I₂, т. е. вращающие моменты рамок равны. При этом подвижная система находится в среднем положении. При изменении сопротивления термометра вследствие нагрева (или охлаждения) через одну из рамок потечет ток большей силы, равенство моментов нарушится, и подвижная система начнет поворачиваться в сторону действия большего, момента. При вращении подвижной системы рамка, по которой течет ток большей силы, попадает в зазор с меньшей магнитной индукцией, вследствие чего действующий на нее момент уменьшается. При этом другая рамка входит в зазор с большей магнитной индукцией, и ее момент увеличивается. Вращение рамок продолжается до тех пор, пока их вращающие моменты станут снова равны. Показания прибора не зависят от колебания напряжения источника питания только в определенных границах. Так, при колебаниях напряжения питания ±20 % возникает угловая погрешность φ = 0,5... 1 %. Объясняется это следующим: при очень малом напряжении источника питания возрастают влияние упругости проводников, подводящих ток к рамкам, и силы трения в опорах; при слишком большом напряжении нагреваются обмотки термометра и рамок прибора, что изменяет соотношение сил тока в параллельных цепях логометра. К рамкам ток подводится тремя тонкими спиральными волосками, служащими одновременно для возвращения стрелки прибора к началу шкалы при прекращении питания прибора током. Для увеличения чувствительности рамки логометра включают в мостовую схему, позволяющую осуществлять температурную компенсацию.

Рис. 2.2.5 Вид современных логометров.

На рис. 2.2.6 показана принципиальная электрическая схема логометра Л-64. Рамки логометра включены последовательно в диагональ моста, составленного из постоянных манганиновых резисторов Rl, R2, R3, R6 и термометра сопротивления Rt. 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, a R5 — для температурной компенсации.

Для обеспечения наибольшей чувствительности мостовая схема прибора симметрична, т. е. R2 = R3. Резистор R1 выбран так, чтобы мост находился в равновесии при сопротивлении

 

Рис. 2.2.6

в середине шкалы прибора. При этом вследствие равенства потенциалов на вершинах моста а и b падение напряжения на резисторах R2 и R3, а значит, и силы тока I₁ и I₂ в рамках R 1и R2 равны и обе рамки располагаются в магнитном поле симметрично относительно оси полюсных наконечников.

По устройству логометр аналогичен милливольтметру. Измерительная схема питается постоянным током от источника сетевого питания или сухой батареи. Одинаковое изменение сопротивления рамок логометра при изменении температуры окружающей среды не влияет на показания прибора только при равновесии мостовой схемы. Температурную погрешность прибора компенсируют соответствующим выбором резистора R5.

 

Используемая литература

 

1. Теоретические основы теплотехники. Теплотехнический эксперимент. Книга 2. Справочник содержит сведения по термодинамике, гидроаэромеханике, процессам горения топлив и теории тепло- и массообмена. Для инженеров-теплотехников и теплоэнергетиков.1988 | Автор: Клименко А.В., Зорин В.М.

 

1. Http://temperatures.ru/pages/termoelektricheskie_termometry
2. Крамарухин Ю.Е. «Приборы для измерения температуры»
3. Преображенский В. П. «Теплотехнические измерения и приборы»
4. Кулаков М. В. «Технологические измерения и приборы для химических производств».