Измерительные приборы термометров сопротивления.

Схемы измерительных мостов для измерения сопротивления термомометров:

а — простейший уравновешенный мост; б — уравновешенный мост с трехпроводным включением термометра;

в— неуравновешенный мост

1) Простейшая схема уравновешенного моста показана на рис. а. Термометр сопротивления R_t и расположенные по­следовательно с ним два сопротивления R_л соединительных ли­ний включаются в плечо СВ мостовой схемы. В диагональ DВ моста подается напряжение от батареи Б. Изменяя величину сопротивления R₃, добиваются равенства напряжения в точках А и С, что констатируется отсутствием тока в диагонали АС гальванометром G. Такое положение соответствует равному отношению падения напряжения в плечах обеих ветвей моста. Сопротивление линии 2R_л подгоночной катушкой устанавливается постоянным. Сопротивления R₂ и R₁ полнены (так же как и сопротивление R₃) из манганина.

Эта мостовая схема отличается высокой точностью измерения и практически не зависит от напряжения батареи Б. При нулевом отсчете по гальванометру от­падают погрешности, обусловленные температурой окружаю­щей среды и посторонними магнитными воздействиями.

2) В этом случае передвижной кон­такт не относится к сопротивлению плеча АВ, а включен в диа­гональ СА, сопротивление которой в момент отсчета (при ну­левом токе) практически не имеет значения. Для устранения влияния возможного изменения сопротивления R_лсоединитель­ных линий на показания моста (точка В) перенесено к термо­метру.

В трехпроводной схеме влияние величины ΔR_Л на показа­ния будет существенно меньше, чем в двухпроводной схеме.

3) На рис. в показана схема неуравновешенного моста для измерения сопротивления R_t включенного по трехпровод­ной схеме. В диагональ моста СА включается вместо гальванометра миллиамперметр тА. Напряжение питания моста в диагонали ВD должно быть постоянным. Контроль напряжения в диагонали ВD осуществляется включением конт­рольного сопротивления R_к при переключателе в положении 2.

Для установленного значения напряжения при постоянных сопротивлениях R_1,R_2,R₃ и R_к сила тока в диагонали СА будет иметь определенное значение, что контролируется миллиамперметром (корректируется R_рег). После того, как уста­новится напряжение Е_BD в точках В и D, переключатель ставят в положение 1 и измеряют сопротивление R_t по силе тока i_CA в диагонали СА

В автоматических уравновешенных мостах движок реохорда перемещается автоматиче­ски. Измерительная схема мостов питается как постоянным, так и переменным током. Последние имеют ряд преимуществ перед мостами -I: измерительная схема питает­ся от одной из обмоток силового трансформатора электронно­го усилителя, т. е. не требуется дополнительного источника пи­тания и отпадает необходимость в применении вибрационного преобразователя.

Питание электронного автоматического уравновешенного моста типа КСМ – 4 подается в диагональ ВD от от­дельной обмотки трансформатора в усилителе ЭУ. Для получения расчетного напряжения на вершинах В и D в диагональ включается балластное сопротивление R_б1. ТермометрR_tвклю­чен по трехпроводной схеме в плечо моста АВ. Реохорд R_Р вместе с шунтирующим сопротивлением R_ш име­ет приведенное сопротивление, равное 90 Ом.

Сопротивления R_n1 +г_n1, и R_Д1 + r_Д1, определяют пределы измерения по шкале. Значения сопротивлений моста R₁, R₂ и R₃ определяются соответствующим расчетом. Поскольку мост является уравновешенным, нет необходимости строго вы­держивать постоянство напряжения на вершинах В и D. По­этому никаких стабилизаторов напряжения не предусмотрено. Уравновешенные мосты выпускают нескольких модификаций. Они могут быть одноточечными и многоточечными на 6, 12 и 24 точки; класс точности уравновешенных мостов 0,5.

Преобразователи НП-СЛ и ПТ-ТС предназна­чены для преобразования величины сопротивления термометра в унифицированный сигнал постоянного тока от 0 до 5 мА. Преобра­зователь может работать с медными и платиновыми термометрами сопротивления. В качестве вторичных приборов используют само­пишущие или показывающие миллиамперметры. Упрощенная схема преобразователя температуры ПТ-ТС:

I - термометр сопротивления,

II - измерительный мост,

III - магнитный усилитель,

IV, V - усилитель напряжения,

R_п - подгоночные сопротивления,

Тр - трансформатор

Преобразователь ПТ-ТС состоит из измерительного моста II и трехкаскадного усилителя III, IV, V, охваченного обратной связью по выходному току. Измерительный мост служит для питания термо­метра сопротивления I и выдачи напряжения, пропорционального изменению сопротивления термометра. На первом каскаде усилите­ля, представляющего собой магнитный усилитель III, при появле­нии входного сигнала постоянного тока от измерительного, моста на выходе возникает переменное напряжение. Второй и третий кас­кады являются усилителями напряжения IV, V, кроме того, третий каскад одновременно является выпрямителем. Для этого усилитель напряжения V питается через два диода Д1 — Д2 от обмоток транс­форматора, находящихся в противофазе.В цепь каждого диода включен нагрузочный резистор (R9—R10). Если входной сигнал отсутствует, то через оба резистора проходит небольшой ток и на сопротивле­ниях образуются равные падения напряжения, результирующее напряжение на которых, равное их разности, равно нулю. При по­явлении входного сигнала ток че­рез один диод увеличивается, а через другой уменьшается — по­является выходной ток. Падение напряжения при протекании это­го тока через сопротивления обратной связи уравновешивает э.д. с. измерительного моста.

Термометр сопротивления I соответствующей градуировки подключается к преобразователю по трехпроводной схеме на зажимы 2—3—5, при этом сопротивление проводов линии должно быть равно 2,5 Ом. В зависимости от сопротивле­ния нагрузки токовой цепи вторичный прибор подключается к двум зажимам из четырех (7—10).

№11 ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ТЕРМОМЕТРЫ

Принято шесть видов технических термо­электрических преобразователей с металлическими термоэлект­родами:

1. Платинородий — платиновые преобразователи (платинородий: 90% платины+10% родия) —надежно ра­ботают в нейтральной и окислительных средах, но быстро вы­ходят из строя в восстановительной среде (тип ТПП). К недостаткам пре­образователей этого типа следует отнести малую т. э.д. с. по сравнению с т. э. д. с. других ТЭП. Диаметр термоэлектродной проволокисоставляет 0,3 или 0,5 мм.
2. Платинородий (30% родия) —платинородиевый (6% ро­дия) ТЭП (тип ТПР) имеет градуировку ПР 30/6₆₈. Особен­ностью преобразователя данного типа является то, что он раз­вивает очень малую т. э. д. с. (0,04 мВ при 120 °С и 0,002 мВ при 20°С), что не требует поправки на температуру холодных спаев.
3. Хромель — алюмелевый преобразователь (94% Ni+2% А1 + 2,5% Si+1% 31+0,5% примеси) ТЭП (тип ТХА) имеет гра­дуировку ХА₆₈. Эти ТЭП применяют для измерения температур до 1300 °С. ТЭП типа ТХА хорошо работает в окислительных средах и сравнительно быстро разрушается в восстановительной среде.
4. Хромель — копелевый преобразователь (56% Сu+44% Ni) ТЭП (тип ТХК) имеет градуировку ХК₆₈. Эти ТЭП развивают наибольшую т. э. д. с. из всех стандартизованных ТЭП, что по­зволяет изготовлять измерительные комплекты с узкой темпе­ратурной шкалой, например 0—300 °С.Стандартные ТЭП типа ТХК и ТХА изготавливают из тер­моэлектродной проволоки диаметром от 0,7 до 3,2 мм.
5. Вольфрамрениевый преобразователь (20% рения, тип ВР-5/20) применяют для измерения температуры до 2300 °С в нейтральной и восстановительной средах, а также для изме­рения температуры расплавленных металлов.

Приборы для измерения термоэлектродвижущих сил.

I. Милливольтметры — магнитоэлектрические приборы, работа их основана на взаимодействии проводника, по которо­му течет ток, и магнитного поля постоянного магнита. Магнит­ная система милливольтметра состоит из магнита, полюсных наконечников и цилиндрического сердечника. В кольцевом воздушном зазоре между полюсными наконечниками и сердечником вращается рамка из медного или реже алюминие­вого изолированного провода. Чаще всего рамки крепятся на кернах, которые опираются на подпятники из агата или руби­на. Момент, противодействующий вращению рамки, создается спиральными пружинами, которые одновременно служат для подвода тока к рамке.

II. Потенциометры.

Принцип действия потенциометров основам на уравновешивании (компенсации) измеряемой т. э. д. с. с из­вестной разностью потенциалов. Эта разность потенциалов со­здается в потенциометре посторонним источником энергии.

В принципиальной схеме потенциометра имеются три электрические цепи:

А) В цепь ис­точника тока (компенсационную) входит источник тока Б, ре­гулировочное сопротивление R_в (реостат), постоянное сопро­тивление R_нэ и сопротивление реохорда R_р с перемещающимся вдоль него контактом D.

Б) В цепь нормального элемента входит нормальный элемент НЭ, сопротивление R_нэ и нулевой прибор НП.

Г) В цепь ТЭП входят ТЭП, нулевой прибор НП и часть из­мерительного сопротивления R_р.

Нормальный элемент, предна­значенный для контроля постоянства разности потенциалов между конечными точками реохорда, развивает постоянную во времени э. д. с. Обычно применяют ртутно-кадмиевый гальванический эле­мент Вестона, развивающий при 20°С э. д. с. 1,01830 В. Пользуясь нормальным элементом, можно довольно точно устано­вить постоянство разности потенциалов на концах реохорда. Для этой цели переключатель П переводят на контакт К, включая НПв цепь НЭи одновременно разрывая цепь ТЭП.

Нормальный элемент присоединяется к концам сопротивле­ния R_нэ так, что его э. д. с. оказывается направленной навстречу э. д. с. источника тока Б. Регулируя силу тока в компенсацион­ной цепи реостатом R_в, добиваются такого положения, при ко­тором разность потенциалов на концах сопротивления равна э. д. с. НЭ. При этом сила тока в цепи нормального элемента равна нулю и стрелка НП устанавливается на нуле шкалы. В этом случае сила тока в компенсационной цепи:

I₁=E_нэ\R_нэ

Для измерения т. э. д. с. ТЭП переключатель П переводя: на контакт И, подключая тем самым ТЭП последовательно с НП к измерительному сопротивлению в точке в и скользящему контакту. Термо-э.д.с. ТЭП тогда будет действовать в сторону, противоположную э. д. с. источника тока Б.

Перемещая контакт D, находят такое его положение, при котором разность потенциалов между точками в и Dизмери­тельного сопротивления равна т. э. д. с. термопары, при этом cила тока в цепи ТЭП равна нулю, тогда:

E_T=iR_bD=(E_нэ /R_нэ)R_bD

Так как Е_нэ и R_нэ посто­янны, определение т. э. д. с. ТЭП сводится к определе­нию участка измерительно­го сопротивления R_бDИз­мерение т. э.д. с. компенса­ционным методом осущест­вляется в отсутствие тока в цепи термоэлектропреобразователя, поэтому сопро­тивление цепи ТЭП, соединительных проводов, НП, а следова­тельно, и его зависимость от температуры не оказывает влия­ния на точность измерения. Это свойство является одним из существенных преимуществ компенсационного метода измере­ния.

В автоматических взамен стрелочного нулевого прибора установле­ны электронные нуль-индикаторы. Измерительные схемы предусматривают автоматическое введение поправки на температуру свободных концов ТЭП. Поэтому их выполняют в виде неуравновешенного моста.

Все сопротивления измерительной схемы, кроме R_к, выполнены из манганина, сопротивление R_к — из меди или никеля. Цепь источника тока состоит из двух ветвей: рабочей, в которую включен реохорд R_р, и вспомогательной, состоящей из двух сопротивлений R_НЭ и R_к. Наличие вспомогательной вет­ви позволяет автоматически ввести поправку на температуру холодных спаев термопары. Сопротивление R_к и холодные спаи термопары должны находиться при одинаковой температуре.

III. Преобразователи температуры используют в системах централизованного контроля, управления и регули­рования сложных технологических процессов при большом числе точек измерения. Преобразователи ПТ – ТП и НП – ТЛ предназначены для преобразования э. д. с термопары в унифицированный сигнал постоянного тока от 0 до 5 мА. Электрическая схема преобразователя ПТ – ТП подобна схеме преобразователя ПТ – ТС. Сопротивление входной цепи – 50 Ом., а токового прибора – не более 3 кОм.

Дата добавления: 2015-07-11