Мостовые схемы измерения сопротивления термометров

 

Для измерения сопротивления используют четырехплечие уравновешенные (ручные или автоматические) и неуравновешенные мосты. Уравновешенный мост, используется для определения величины сопротивления при градуировке ТС и при измерениях температуры в лабораторных условиях. Термометр сопротивления R_t вместе с соединительными линиями 2R₁ образует одно плечо моста, известные сопротивления R₁, R₂, R₃ - остальные, причем последнее является переменным сравнительным плечом. В диагональ ВД включена батарея питания Б, а диагональ АС - гальванометр G, служащий нуль-индикатором.

 

 

Рисунок 2.10 - Схема уравновешенного моста для измерения сопротивления

 

Равновесия схемы, т.е. состояния, при котором ток в гальванометре отсутствует, а потенциалы точек А и С равны, добиваются изменением величины R₃. Этому состоянию соответствует равенство R₁/R₃ = R₂/(R_t+2 R₁), откуда:

 

.

 

Сопротивления R₁,R₂ и R_л постоянны, поэтому в общем виде уравнение можно записать:

 

R _t = f (R₃).

 

Нулевой метод измерения характеризуется высокой точностью, так как исключается влияние окружающей температуры, магнитных полей и изменения напряжения батареи питания Б. Однако значительная погрешность может возникать при изменении сопротивления соединительных проводов R_л, что вызывается значительными сезонными и суточными колебаниями температуры в местах нахождения кабеля, соединяющего ТС и измерительный мост.

Трехпроводная схема включения ТС, в которой одна вершина диагонали питания (В) перенесена непосредственно к термометру. Для равновесия можно записать:

 

,

 

откуда .

 

Сопротивления проводов R _л оказываются включёнными в различные плечи моста, поэтому изменение их величины _Л практически взаимно компенсируется (полная компенсация при R₁=R₂).

При втором методе включения ТС погрешность практически на порядок ниже, но в 1,5 раза увеличивается расход соединительных проводов.

Неуравновешенный мост исключает необходимость выполнения ручных операций по изменению величины R₃. В нем вместо нуль-прибора G в диагональ моста АС устанавливается миллиамперметр. При постоянном напряжении питания и постоянных сопротивлениях R_1, R₂, R₃ через этот прибор будет протекать ток, величина которого зависит (нелинейно) от изменения температуры ограничено. Они в основном применяются для преобразования величины сопротивления термометра в напряжение.

Автоматические уравновешенные мосты широко используются для измерения и регистрации температуры в комплекте с ТС. Их характеризуют высокая точность, возможность использования в системах автоматического регулирования. Они выпускаются различных модификаций: одно- и многоточечные, с дисковой или ленточной диаграммой, с сигнальными устройствами и т.п.

Принципиальная схема автоматического уравновешенного моста, который так же, как рассмотренный выше ручной равновесный мост, реализует нулевой метод измерения сопротивления.

Термометр сопротивления R_t подключен к прибору по трехпроводной схеме. В измерительную схему моста входят уравновешивающий реохорд R_р _ с шунтирующим его резистором R_ш (ограничивает ток, текущий по реохорду); резисторы R_и и R_к, определяющие начало и конец шкалы; спирали r_и и r_к, обеспечивающие точную подгонку диапазона шкалы и являющиеся частью резисторов R_н и R_к; резисторы R₁, R₂ и R₃, образующие постоянные плечи моста; ТС R_t являющийся ременным плечом; балластный резистор R_б, который ограничивает в мостовой схеме и обеспечивает минимальный нагрев ТС; подгоночные резисторы R_п1 и R_п2, обеспечивающие сопротивление подводящей линии R_л = 5 Ом (каждый из двух соединительных проводов имеет сопротивление 2,5 Ом).

 

 

 

Рисунок 2.11– Принципиальная схема автоматического уравновешенного моста

 

Электронный усилитель переменного тока ЭУ включен в диагональ ab и обеспечивает усиление разбаланса, возникающего в измерительной схеме при изменении сопротивления TC R_t.Усиленный сигнал поступает на вход реверсивного двигателя РД, который вращением вала заставляет перемещаться подвижную каретку регистрирующего устройства и движок реохорда R_р. Вращение вала происходит до тех пор, пока не наступит новое равновесие схемы; напряжение разбаланса станет равным 0, сигнал на входе РД также исчезнет, и двигатель остановится.

Питание измерительной системы моста производится через диагональ dc с помощью силового трансформатора ЭУ переменным током напряжением 6,3 В и частотой 50 Гц. Синхронный двигатель СД перемещает диаграммную бумагу относительно пера или печатающего устройства с постоянной скоростью.

Логометры часто используют в комплексе с ТС. Это приборы магнитоэлектрической системы, основанные на сравнении токов в цепях термометра и постоянного сопротивления. Между полюсами постоянного магнита NS расположены под углом 15-20⁰ две жестко связанные между собой рамки R_р и R`_р. Они изготовлены из тонкой изолированной медной проволоки и могут поворачиваться в двух керновых опорах, перемещаясь в воздушном зазоре между наконечниками магнита и неподвижным сердечником С. Вместе с рамками относительно шкалы двигается и стрелка. Зазор между полюсами магнита и сердечником имеет переменную ширину и убывает от центра полюсных наконечников к их краям, что обеспечивает соответствующее возрастание магнитной индукции.

Питание рамок осуществляется от одного источника - батареи Б, причем ток подводится к ним с помощью "безмоментных" вводов (золотые ленточки) или с использованием маломоментных спиральных пружинок, имеющих незначительный собственный противодействующий момент. Из схемы следует, что имеются две цепи: цепь рамки R_р, которая включает постоянное сопротивление R1, и цепь рамки R`<sub>р</sub>, состоящая из постоянного сопротивления R2 и переменного сопротивления ТС R<sub>t</sub>. При протекании через рамки соответствующих токов I<sub>1</sub> и I<sub>1</sub>` создаются магнитоэлектрические моменты М₁ и М₁', направленные навстречу друг другу и равные

 

M₁=S₁n₁B₁I₁ и M`<sub>1</sub>= S`₁n`<sub>1</sub>B`₁I`₁,

 

где В₁ и B’₁ - магнитная индукция в местах расположения рамок, Тл; S₁ и S’₁- площадь активной части рамок, м²; n₁ и n’₂ - число витков рамок.

В том случае, когда R₁ + R_р= R₂ + R'₂+ R_t силы токов, протекающих через рамки, равны (I₁=I`₁), и магнитные моменты, вращающие рамки, будут равны.

 

 

а – принципиальная схема устройства; б – электрическая схема

 

Рисунок 2.12 - Магнитоэлектрический логометр

 

Пусть температура среды, в которую погружен металлический ТС, возрастет. Это приведет к увеличению сопротивления R_t и, следовательно, к уменьшению тока I`<sub>1</sub> и вращающего момента M`₁.Подвижная система под действием большего момента М₁ начнет поворачиваться по часовой стрелке, что будет приводить к возрастанию M`<sub>1</sub> и уменьшению М<sub>1</sub>, так как рамка R`_р перемещается в область больших значений, а рамка R_р - в область меньших значений магнитной индукции. В определенном положении вращающие моменты вновь станут равными, что при S₁n₁ =S`<sub>1</sub>n`₁ соответствует:

 

B₁I₁ = B’₁I’₁ или I₁ / I’₁ = B’₁ / B₁.

 

Для жестко скрепленных рамок отношение индукций зависит от угла поворота подвижной системы. Следовательно, I₁ / I`₁ = , а

,

 

или, учитывая, что R₁, R₂, R_р и R`_р- практически постоянные величины,

 

.

 

Для повышения чувствительности логометра измерительная схема прибора выполнена по симметричной мостовой схеме. В этом случае сопротивления симметричных плеч моста равны между собой R₁= R₃, R₂ = R_t причем значение R₂ выбирается равным сопротивлению ТС, соответствующему среднему значению градуировочной шкалы. При таком включении с изменением величины R_t происходит одновременное противоположное изменение токов в обеих рамках R_р и R`_р, что и обеспечивает более высокую чувствительность, чем у приборов, выполненных по несимметричной схеме включения., Промышленность выпускает показывающие, самопишущие (до 12 точек) логометры, переносные и щитового монтажа, которые могут.иметь специальные устройства для регулирования и сигнализации. Класс точности приборов 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; шкала градуируется в градусах Цельсия.

На точность измерения температуры логометром в комплекте с ТС влияет изменение сопротивления соединительных проводов, а также наличие внешних магнитных полей. Отклонение напряжения питания в пределах ±20 % от номинального значения (4В) практически не влияет на угол поворота подвижной системы и не вносит погрешностей в измерения.

Поверка автоматических мостов и логометров осуществляется с помощью образцового магазина сопротивлений с наименьшим делением 0,01 Ом, который подключается на вход прибора вместо ТС. Согласно градуировочной характеристике, каждому значению шкалы прибора соответствует определенное сопротивление. Изменяя сопротивление магазина, стрелку прибора точно устанавливают на цифровой отметке шкалы. Разность между стандартным значением и показанием образцового магазина является погрешностью прибора.

При поверке логометра сопротивление каждой из уравнительных катушек берется равным половине значения сопротивления линии, указанного на шкале. При поверке моста сопротивление каждой линии от магазина сопротивлений до прибора должно быть равно 2,5 Ом.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: