Измерение сопротивления термометра мостом

Компенсационная измерительная схема

Измерительные схемы металлических термометров сопротивления

Термометры сопротивления никелевые

Термометры сопротивления никелевые широко используются за рубежом, где мало применяются медные термометры. В России нет стандартов на изготовление никелевых термометров сопротивления.

К достоинствам никеля относятся: высокий температурный коэффициент сопротивления ( ⁰С^-1, что соответствует ) и большое удельное сопротивление.

Недостатками никеля являются значительная окисляемость, значительная зависимость от степени чистоты металла и значительная нелинейность.

Статическая характеристика никелевого термометра сопротивления в интервале температур от -10 до 180⁰С описывается полиномом второй степени

, ⁰С^-1, ⁰С^-2,

Эта измерительная схема используется при точных измерениях температуры лабораторными термометрами сопротивления, а также при градуировке термометров сопротивления. Схема направлена на уменьшение влияния изменяющегося сопротивления соединительных проводов, которые обычно выполняются из меди и включаются последовательно с термометром сопротивления.

Компенсационная схема, приведенная на рис. 4.10, применяется с четырехзажимными платиновыми термометрами. Провода 1-1 используются для подвода тока, а два других провода 2-2 служат для измерения падения напряжения на термометре сопротивления. Измерительный ток в системе устанавливается с помощью реостата . Падение напряжения измеряется с помощью потенциометра. Измеряется также падение напряжения на образцовой катушке . Если обозначить через силу тока в цепи, то , , откуда измеренное сопротивление термометра равно

(4.11)

С техническими термометрами, а также с лабораторными термометрами низких классов точности используют измерительные мосты: в лабораторной практике – с ручным уравновешиванием, в производственных условиях – с автоматическим уравновешиванием.

Упрощенная схема автоматического моста показана на рис. 4.11 на примере моста серии КСМ.

Рисунок 4.11. Принципиальная схема автоматического уравновешенного моста.

Измерительная цепь представляет собой мост, состоящий из манганиновых резисторов , терморезистора и добавочного резистора R_д, служащего для подгонки начального значения шкалы. Питание моста осуществляется переменным напряжением 6,3В с частотой 50Гц, которое подается от вторичной обмотки силового трансформатора в одну из диагоналей моста. В эту же диагональ включен баластный резистор R_б, используемый для ограничения тока в цепях моста. Перемещением движка реохорда добиваются уравновешивания моста. Параллельно с реохордом включены резисторы R_ш и R_п. Резистор R_ш - шунт реохорда, служит для подгонки сопротивления до заданного нормированного значения R_н.р. = R_рR_ш (R_р+R_ш)^-1 =90 или Ом. Резистор R_п служит для установления диапазона измерения. Если мост не уравновешен, напряжение измерительной диагонали усиливается на усилителе ЭУ и подается на реверсивный двигатель РД. Вал двигателя через редуктор соединен с движком реохорда и перемещает его так, чтобы напряжение разбаланса уменьшилось. Перемещение продолжается до тех пор, пока мост не будет уравновешен. В автоматических мостах движок реохорда может быть связан с отсчетным устройством; с записывающим устройством, регистрирующем текущие значения температуры на диаграммной бумаге; с устройством регулирования температуры, с устройством выдачи унифицированного токового сигнала.

Термометр сопротивления подключается к мосту с помощью двух- или трехпроводного кабеля. Двухпроводный кабель дешевле, но при его использовании сопротивления обоих проводов включаются последовательно с термометром в одно плечо. Токоведущие жилы кабеля выполнены из меди: при изменении температуры их сопротивление меняется, что вносит неустранимую погрешность в измерения. Двухпроводный кабель используется в тех случаях, когда его температура постоянна и погрешность, обусловленная ее изменением, незначительна.

При включении термометра по трехпроводной схеме, как показано на рис.4.11 одна жила кабеля включается в питающую диагональ моста. К плечам моста термометр подсоединяется с помощью двух других жил, включенных в смежные плечи моста, в эти же плечи включаются два манганиновых резистора-катушки R_л, служащие для подгонки сопротивления линии связи. Одинаковые изменения их сопротивлений практически не разбалансируют мост. Таким образом, исключается погрешность, которая могла бы иметь место при изменении температуры кабеля.

Автоматические уравновешенные мосты, предназначенные для работы в комплекте с термометрами сопротивления, выпускаются с градуировкой шкалы в градусах Цельсия. Следует иметь в виду, что нанесенная на панели прибора температурная шкала действительна только для термометра сопротивления определенной градуировки и заданного значения сопротивления внешней соединительной линии.

Выведем уравнение статической характеристики автоматического уравновешенного моста, принципиальная схема которого показана на рис.4.11. Положению равновесия мостовой схемы соответствует равенство произведений сопротивлений противоположных плеч моста, описываемое уравнением:

, (4.12)

где - приведенное сопротивление реохорда

(4.13)

,(4.14)

где - сопротивление участка реохорда правее движка а.

Так как положение движка есть положение стрелки отсчетного устройства, то можно воспринимать как выходной параметр статической характеристики мостового преобразователя, входным параметром будет значение сопротивления термометра Решая уравнение (4.12) относительно , получаем

, (4.15)

Сопротивление термометра входит в уравнение статической характеристики один раз, в первой степени в числителе. Все остальные сопротивления, входящие в выражение (4.15) можно считать константами, за исключением - сопротивления линий связи, изменение которого частично компенсируется трехпроводной схемой (разность в числителе), частично – составляет неустранимую систематическую погрешность прибора. Таким образом, уравнение статической характеристики уравновешенного моста (4.15) можно считать линейным.

Дата добавления: 2015-04-30