Краткие теоретические сведения

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3

ГРАДУИРОВКА ТЕРМОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

И ПОВЕРКА ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКТА.

Цель работы: Научиться градуировать нестандартные термопреобразователи (термометры сопротивления) и выполнять поверку измерительного комплекта.

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Измерение температуры термопреобразователями основано на свойстве проводников и полупроводников изменять свое электрическое сопротивление с изменением температуры. Зная эту зависимость, можно по значению сопротивления определить температуру среды, в которую помещен термометр сопротивления (ТС).

Зависимость сопротивления металлов от температуры в небольшом интервале температур приближенно выражается известным уравнением:

 

R't = Rt [1+ a(t-t')],

(1)

 

где R't - сопротивление металлического проводника при температуре t'°C;

Rt- сопротивление того же проводника при температуре t°C;

(t-t')- интервал изменения температуры;

a=(R't - Rt)/[Rt (t-t')] - температурный коэффициент сопротивления, который показывает относительное изменение сопротивления проводника при изменении температуры на один градус.

Зависимость между сопротивлением и температурой для ТС различных типов дается в справочных градуировочных таблицах.

Наиболее пригодны по своим физико-химическим свойствам для изготовления ТС платина и медь. Для платины a=3,9*10^-3 °С^-1, для меди a=4,28*10^-3 °С^-1.

Чувствительные элементы ТС представляют собой тонкую медную или платиновую проволоку, намотанную бифилярно (двухслойная намотка) на слюдяной, фарфоровый или пластмассовый каркас. Для предохранения от внешних воздействий чувствительные элементы ТС заключают в металлическую трубку с литой головкой, в которой смонтированы выводы концов обмотки для их подключения к соединительным проводам.

Термопреобразователи изготавливают следующих типов: медные (ТСМ) с пределами от -50 до 200°С и платиновые (ТСП) с пределами от -200 до 600°С. В последнее время начат выпуск ТС с унифицированным выходным сигналом 0-5мА, 4-20 мА: ТСМУ и ТСПУ.

В качестве вторичных измерительных приборов в комплекте с ТС применяются мосты (обычно уравновешенные) и логометры. На рис.1 показана схема уравновешенного моста. Термопреобразователь, величина электрического сопротивления Rt которого должна быть измерена, включается в одно из плеч моста через соединительные провода, имеющие сопротивления Rл. Другие плечи моста состоят из постоянных манганиновых резисторов R1 и R2 и переменного калиброванного резистора - реохорда Rp. Во входную диагональ моста подключается источник питания, а в выходную диагональ моста - нуль-прибор НП.

 

Рис.1. Схема уравновешенного моста

 

При равновесии моста выполняется равенство:

 

R1(R t+2Rл) = R2*Rр,

(2)

Откуда

Rt = (R2/R1)Rp - 2Rл

(3)

 

Когда уравнение (3) имеет место, разность потенциалов Ubd становится равной нулю, ток не будет протекать через НП и его стрелка установится на нулевой отметке.

С целью уменьшения погрешности прибора от изменения сопротивления медных соединительных проводов Rл при значительных отклонениях температуры окружающей среды от нормальной вводится третий соединительный провод (на рис.1 этот провод показан пунктиром). В этом случае вершина моста “а” переносится непосредственно к преобразователю в точку а'. При таком соединении сопротивление одного провода Rл прибавляется к плечу измерительного моста, включающему измерительный преобразователь, а сопротивление другого провода Rл прибавляется к соседнему плечу моста с постоянным сопротивлением R1.

В автоматических мостах (рис.2) уравновешивание измерительной схемы происходит автоматически. К одной из диагоналей моста вместо нуль-прибора подключается вход уравновешивающей системы, состоящей из усилителя 2 и электродвигателя 3. Электродвигатель через редуктор 4 связан с ползунком реохорда, указателем и пером.

Рис.2. Схема автоматического моста.

 

При изменении контролируемой температуры меняется сопротивление термопреобразователя Rt, что выводит из равновесия мост. Появляется напряжение рассогласования (разбаланса), которое усиливается усилителем и приводит во вращение двигатель. Вал двигателя связан с движком реохорда, который при перемещении изменяет сопротивление реохорда. Движок перемещается до тех пор, пока не произойдет уравновешивание мостовой схемы при новом значении сопротивления реохорда Rр.

Таким образом, положение движка реохорда и связанных с ним указателя и пера прибора однозначно определяют величину сопротивления термопреобразователя и, следовательно, величину измеряемой температуры. Изображенный на рис.2 автоматический мост является одновременно и показывающим и регистрирующим прибором с записью кривой изменения параметра на диаграмме с помощью пера. Некоторые мосты снабжены дополнительными устройствами - задатчиком, сигнализатором и т.д. Такие мосты можно использовать не только для контроля температуры, но и для регулировки ее.