Динамическая характеристика термопреобразователей

Четырехпроводная схема подключения

Трехпроводная схема подключения

Двухпроводная схема подключения

При двухпроводной схеме включения термометр сопротивления и сопротивление соединительных проводов последовательно включены в измерительную схему (см. рис. 6.17, а). Подгонка сопротивления соединительных проводов до градуировочного значения чаще всего осуществляется следующим образом.

После того как собрана схема и проложены (смонтированы) соединительные провода, последовательно с термометром и соединительными проводами включаются подгоночная катушка R _п.к (рис. 6.18) и эквивалентное сопротивление R _экв.

а б

Рис. 6.18. Схема подгонки сопротивления двухпроводной линии

Значение эквивалентного сопротивления соответствует сопротивлению термометра при определенной температуре, например 50, 100, или 250 °C. Зажимы термометра закорачивают, и ветвь измерительной схемы состоит из сопротивления реальных соединительных проводов R _л, эквивалентного сопротивления,

имитирующего сопротивление термометра при определенной температуре, R _экв и подгоночного сопротивления R _п.к (рис. 6.18, б). Затем включают измерительную схему и изменяют R _п.к до тех пор, пока измерительный прибор не встанет на отметку шкалы, соответствующую температуре, на которую рассчитано эквивалентное сопротивление.

После этого эквивалентное сопротивление либо отключается, либо закорачивается, а закоротка с зажимов термометра снимается.

Таким образом, подгоняют сопротивление соединительных проводов термометра до расчетного (градуировочного) значения.

Однако если в процессе эксплуатации температура соединительных проводов будет отличаться от их температуры при подгонке сопротивления, то и само сопротивление этих проводов будет отличаться от градуировочного значения. Погрешность, вызванная неправильностью подгонки или изменением сопротивления с температурой, независимо от диапазона измерения измерительного прибора для двухпроводной схемы подключения термометра, может быть определена из выражения

,

где D t – погрешность измерения, °C; R _л^экс – значение сопротивления линии в условиях эксплуатации, Ом; R _л^грд – градуировочное значение сопротивления линии. Ом; S – коэффициент преобразования термометра в области измеряемой температуры, Ом/°C.

Для уменьшения погрешности, вызываемой несоответствием сопротивления соединительных проводов градуировочному значению, применяют трехпроводную или четырехпроводную схему подключения термометров сопротивления.

Принцип уменьшения влияния сопротивления соединительных проводников при трехпроводном подключении показан на примере мостовой схемы измерения активного сопротивления.

Четырехплечий измерительный мост показан на рис. 6.19.

Рис. 6.19. Схема одинарного моста

Условие равновесия четырехплечего моста постоянного тока

.

Измеряемое сопротивление считается включенным в первое плечо моста, тогда из условия равновесия R ₁ определяется

.

Мост приводится в равновесие сопротивлением R ₃, отношение R ₂/ R ₄ является масштабным множителем, который выбирается равным 10 ⁿ, где n целое положительное или отрицательное число, или ноль.

Третье плечо моста называется плечом уравновешивания, а второе и четвертое – плечами отношения, с помощью которых задается предел измерения.

Трехпроводная схема подключения термометра показана на рис. 6.17, б. Соединительные провода от головки термометра идут к измерительной ветви, сравнительной ветви и источнику питания. В симметричных уравновешенных схемах, когда сопротивления измерительной и сравнительной ветвей одинаковы, изменение температуры соединительных проводов не вызывает погрешности, так как сопротивление проводов изменяется на одну и ту же величину. Подгонка сопротивления соединительных проводов осуществляется последовательным измерением попарно соединенных проводов.

Трехпроводная схема включения показана на рис. 6.20, где r ₁, r ₂, r ₃, – сопротивления соединительных проводов.

Найдем условие, при котором сопротивления соединительных проводов не влияют на результат измерения сопротивления R ₁.

Рис. 6.20. Трехпроводная схема включения измеряемого сопротивления

Для уравновешенного моста справедливо уравнение

,

из которого

.

Соединительные провода выполняются одинаковым сечением, следовательно, r ₂ = r ₃ = r, тогда

.

При выполнении условия влияние изменения сопротивления соединительных проводов на результат измерения будет исключено.

Условие равновесия моста выполняется при R ₁ = R ₃, откуда следует, что уравновешивание моста достигается регулировкой R ₃ или введением регулировочного сопротивления в первое плечо моста и выбором его значения так, чтобы оно компенсировало изменение R ₁. Предпочтение отдают второму способу.

Радикальным методом борьбы с влиянием проводов соединительной линии является использование четырехпроводного включения терморезистора (рис. 6.17, в). Схема измерения при четырехпроводном включении показана на рис. 6.21.

Рис. 6.21. Четырехпроводная схема включения термометра сопротивления

Через терморезистор протекает ток I ₀, задаваемый генератором стабильного тока с большим внутренним сопротивлением. Таким образом, сопротивления проводов r ₁ и r ₄, а также изменение сопротивления R _Q не влияют на ток I ₀. Если для измерения напряжения U _вых использовать вольтметр с высоким входным сопротивлением, то в измерительной цепи ток отсутствует и сопротивления проводов r ₂ и r ₃ также не влияют на результат измерения. Так обеспечивается практически полное исключение погрешностей, вызванных нестабильностью сопротивлений проводов соединительной линии, а напряжение U _вых определяется простым соотношением U _вых = I ₀ R _Q.

Динамическая характеристика термоэлектрических термометров в общем виде описывается передаточной функцией

,

где K – коэффициент преобразования; T и t – постоянная времени и время запаздывания соответственно.

Значения постоянной времени Т и транспортного запаздывания t зависят от конструктивных размеров и используемых материалов защитного чехла. Для выпускаемых в настоящее время термоэлектрических термометров эти величины находятся в пределах T = 0,01÷180 с и t = (0,11÷0,78) T.

Динамическая характеристика термометров сопротивления может быть представлена передаточной функцией вида

.

Значения T и t зависят от размеров защитного чехла и его материала, теплоемкости элементов, находящихся в чехле, а также от условий теплообмена. Так, при скачкообразном нагреве от 30 до 100 °С в баке с водой для термопреобразователя со стальным чехлом t = 8 с и T = 120 с, а с латунным чехлом t = 3 с и T = 33 с.

Дата добавления: 2014-01-03