Компенсационный метод измерения т.э.д.с.

 

Компенсационный метод, основанный на уравновешивании неизвестного сигнала ТТ известным напряжением, позволяет измерить т.э.д.с. более точно, так как в момент измерения ток в цепи термоэлектрического термометра равен нулю. Поэтому исключается погрешность, связанная с влиянием температуры окружающей среды на сопротивление внешней цепи. Приборы, использующие данный принцип, получили название потенциометров и делятся на две группы: неавтоматические (переносные и лабораторные) и автоматические.

Неавтоматические потенциометры. В переносных и лабораторных Потенциометрах компенсация сигнала т.э.д.с. производится оператором вручную. Данные устройства нашли широкое распространение и обеспечивают более высокую точность измерения, чем автоматические.

Принципиальная схема потенциометра, который состоит из трех контуров: измерительного I, нормального элемента II и термопары III. Схема включает: источник питания Б, нормальный элемент НЭ, нуль-прибор НП (миллиамперметр с нулем посередине шкалы), переключатель II, одно постоянное R_Н.Э и два переменных сопротивления: батареи R_б и реохорда R_р. Цель НЭ состоит в стандартизации величины компенсирующего (рабочего тока) I_р батареи Б. Необходимое изменение данной величины производится с помощью сопротивления R_б. Переключатель П обеспечивает включение НП либо в контур нормального элемента, либо в контур термопары.

Стандартизация значения рабочего тока производится с помощью сопротивления R_б после перевода выключателя П в положение К (контроль). Если падение напряжения U_ab на участке аb (R_Н.Э) не равно напряжению Е_Н.Э, развиваемому нормальным элементом, то в контуре II появится ток и стрелка НП отклонится от нулевого положения.

 

Рисунок 2.22 - Принципиальная схема неавтоматического потенциометра

 

В этом случае перемещением движка сопротивления R_б добиваются такого изменения тока, чтобы выполнялось равенство Е_Н.Э= U_ab. При этом ток в цепи нормального элемента станет равным нулю.

Так как U_ab=I_рR_Н.Э, то на основании предыдущего равенства

 

I_р= Е_Н.Э/ R_Н.Э=const.

 

После достижения стандартизации рабочего тока I_р переключатель П переводят в положение И (измерение), при этом НП включается в контур термопары. Если т.э.д.с. Е(t₂, t₀) ≠U_bc (падению напряжения на участке bс), то, перемещая движок реохорда R_р, обеспечивают возвращение стрелки НП к нулевому значению. При этом наступает полная компенсация неизвестного значения т.э.д.с. известным потенциалом U_bc= I_рnR_р, где n - относительная величина участка bс реохорда.

Можно записать Е(t₂, t₀) =U_bc= I_рnR_р, и получим

 

Е(t₂, t₀) =(Е_Н.Э /R_Н.Э)nR_р= knR_р.

 

где k=const.

На основании изложенного можно сделать вывод о том, что величина т.э.д.с. прямо пропорциональна сопротивлению участка bс реохорда R_р, что позволяет отградуировать шкалу, относительно которой перемещается движок С, в единицах напряжения (мВ).

Однако данная линейная зависимость выполняется лишь при условии соблюдения постоянства сопротивления измерительного контура 1 и величины рабочего тока I. Первое условие обеспечивается изготовлением резисторов из манганиновой проволоки, а второе периодической установкой величины тока, что вызвано изменением напряжения батареи питания.

Высокая точность измерения достигается за счет использования для стандартизации рабочего тока специальных нормальных элементов, которые характеризуются весьма высокой стабильностью, развиваемой э.д.с. Так, для НЭ класса точности 0,02 (Е_НЭ = 1018,90±0,04 мВ) допускаемое изменение э.д.с. за год составляет 0,20 мВ. Следовательно, после пяти лет работы изменение характеристики составит не более 1 мВ (0,1 %).

В потенциометрах применяются НЭ насыщенного и ненасыщенного типа, которые являются обратимыми гальваническими элементами. Они состоят из двух полуэлементов, образованных гальваническими цепями химически чистых веществ. В стеклянную оболочку внизу каждого полуэлемента впаяны токосъемные электроды. В качестве электролита в них используется раствор сульфата кадмия: насыщенный и ненасыщенный. НЭ выпускают четырех классов точности, причем насыщенные имеют более высокие метрологические характеристики. Необходимо отметить, что НЭ могут работать под нагрузкой лишь кратковременно.

Основные преимущества компенсационного метода измерения т.э.д.с: 1) отсутствие тока в цепи термометра в момент измерения; 2) исключение операции измерения величины тока - НП является лишь индикатором его отсутствия.

Неавтоматические потенциометры изготавливаются различного класса точности - от 0,2 до 0,0005. Для проведения измерений в цеховых условиях обычно используют переносные потенциометры классов точности 0,02; 0,05; 0,1 и 0,2.

Автоматические потенциометры. Автоматические потенциометры исключают участие человека в проведении операций компенсации входного сигнала и поэтому нашли широкое распространение для измерения, регистрации, сигнализации и автоматического регулирования температуры в металлургических агрегатах.

Упрощенная схема устройства автоматического потенциометра. Сигнал ТТ (Е(t₂, t₀) сравнивается с компенсирующим напряжением U_к, снимаемым с диагонали неуравновешенного измерительного моста ИМ (Б - источник питания). Мостовая измерительная схема является более совершенной и позволяет непрерывно вводить коррекцию на изменяющуюся температуру свободных концов термоэлектрического термометра.

Если Е(t₂, t₀) ≠U_к, то на вход вибропреобразователя ВП подается сигнал дисбаланса ∆U.

 

 

Рисунок 2.23 - Упрощенная принципиальная схема автоматического потенциометра

 

Происходит преобразование напряжения постоянного тока в электрический сигнал переменного тока, который затем усиливается в усилителе и подается на реверсивный двигатель РД. Последний одновременно перемещает движок реохорда R_р и стрелку относительно шкалы прибора. Изменение положения движка R_р приводит к такому изменению U_к, которое влечет за собой уравновешивание измеряемой т.э.д.с. компенсирующим напряжением. При этом ∆U = 0 и двигатель остановится. Таким образом, любые изменения т.э.д.с. приводят к перемещению РД, т.е. прибор непрерывно автоматически компенсирует измеряемый сигнал известным напряжением.

Автоматические потенциометры выпускаются различных модификаций: показывающие, самопишущие (ленточная или круглая диаграмма); одно- и многоточечные (2, 3, 6,12 каналов); миниатюрные, малогабаритные, нормальных размеров; регулирующие, с выходными устройствами дистанционной передачи показаний; с различным временем пробега стрелкой всей шкалы. Класс точности серийных автоматических приборов 0,25; 0,5 и 1,0. Градуировка шкалы выполняется либо в градусах Цельсия с одновременным указанием типа градуировки ТТ или пирометра, либо в милливольтах. Рассмотрим принципиальную типовую схему одноточечного потенциометра.

⇐ Предыдущая234567891011Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: