Общие сведения. Цель работы:освоение методов и получение практических навыков измерения сопротивлений резистивных термометров

ТЕРМОМЕТРОВ

ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЙ РЕЗИСТИВНЫХ

Цель работы: освоение методов и получение практических навыков измерения сопротивлений резистивных термометров.

Приборы и оборудование: мост постоянного тока МО-61, вольтметр ВК2-20, универсальный вольтметр В7-23, универсальный источник питания, магазин сопротивлений, соединительные провода.

Принцип действия термометров сопротивления основан на способности различных материалов (металлов, полупроводников) изменять свое сопротивление с изменением температуры. Параметр, характеризующий изменение электрического сопротивления с температурой, называют температурным коэффициентом электрического сопротивления, который сам является температурно-зависимой величиной.

В общем случае сопротивление чувствительного элемента может изменяться в пределах от десятых долей до нескольких тысяч Ом. Эквивалентная схема термометра сопротивления имеет вид, представленный на рис. 1.

Как видно из рисунка, помимо чувствительного элемента R_Т эквивалентная схема термометра сопротивления содержит “паразитные” реактивные элементы: L, C₁, C_П1 и С_П2. Однако, поскольку измерения сопротивления резистивного термометра (R_T) обычно осуществляют либо на постоянном токе, либо на переменном токе низкой частоты, то реактивными составляющими полного сопротивления зачастую пренебрегают.

Рис. 1. Эквивалентная схема термометра сопротивления:

С_В1 и С_В2 - емкости выводов, С₁ - эквивалентная емкость резистора, L - эквивалентная индуктивность, R_т - сопротивление терморезистора

Существуют различные методы измерения электрического сопротивления в зависимости от его абсолютной величины и требуемой точности измерения. Наиболее распространенными среди них являются метод вольтметра-амперметра, метод непосредственной оценки с помощью омметра и мостовой метод. Первые два метода основаны на известной взаимосвязи (закон Ома) между током (I) и падением напряжения (U) на сопротивлении участка цепи R (I= U/R).

В приборах, предназначенных для непосредственной оценки сопротивления (омметрах, мегомметрах) содержится источник тока (напряжения), а их шкала проградуирована в единицах сопротивления. Данные приборы являются наиболее простыми, однако отличаются меньшей точностью по сравнению с устройствами, основанными на мостовом методе измерения, в которых неизвестное сопротивление сравнивается с тремя известными.

В общем случае одинарный мост, упрощенная схема которого представлена на рис. 2, состоит из четырех резисторов R₁-R₃, R_x, образующих плечи моста.

Рис. 2. Схема моста постоянного тока

В одну из диагоналей моста включают источник постоянного напряжения (Е), в другую - чувствительный индикатор (ИП-гальванометр, микроамперметр), предназначенный для индикации нулевого значения тока. Мост считается уравновешенным, если в цепи индикатора отсутствует ток. Это означает равенство потенциалов точек А и В, следовательно: J₂×R_x=J₁×R₁; J₂×R₃=J₁×R₂. Отсюда видно, что баланс моста имеет место при условии

R_x×R₂=R₃×R₁

(В уравновешенном мосте произведение сопротивлений противоположных плеч равны). Таким образом, если сопротивления R₁ и R₃ известны, то неизвестная величина R_x однозначно определяется формулой

При отношении R₃/R₂=1, R_x=R₁, если R₃/R₂=10, то баланс имеет место при R_x=10R₁ и т.д. Точность измерения сопротивления определяется точностью уравновешенности моста, которая существенно зависит от чувствительности индикатора и величины напряжения питания.

При измерениях температуры термометрами сопротивления возникает необходимость измерять сопротивление термометра, который подсоединен к измерительному прибору соединительными проводами, имеющими конечное и зависимое от температуры сопротивление R_П (рис.3а). Наличие конечного R_П в измерительной цепи приводит к погрешности измерения R_T:

и, следовательно, к погрешности измерения температуры DТ= DR/S, где DR и DТ относительные погрешности измерения сопротивления и температуры, соответственно, S - коэффициент преобразования термометра в области измеряемой температуры. Для уменьшения погрешности измерения R_Т в схеме на рис. 3а (двухпроводная схема) необходимо делать поправку на сопротивление соединительных проводов: 2 R_П. Однако, поскольку сопротивление R_П зависит от температуры, то целесообразно учитывать его значения во всем диапазоне измеряемых температур. Это удобно делать, используя трехпроводную схему (рис. 3в), в которой измерительные провода от головки термометра идут к измерительной ветви, к сравнительной ветви и к источнику питания.

Четырехпроводная схема подключения (рис. 3 б) позволяет компенсировать сопротивление соединительных проводов, она содержит два “потенциальных” и два “токовых” провода.

в)

Рис. 3. Схема присоединения термометра сопротивления: а) двухпроводная; б) четырехпроводная; в) схема подключения термометра сопротивления к мосту

Через токовые проводники цепь подключается к источнику тока, величина которого контролируется. “Потенциальные” проводники подключены к вольтметру, и ток по ним практически не течет, поэтому показания вольтметра точно соответствуют падению напряжения непосредственно на термометре сопротивления.

Дата добавления: 2015-04-30