Преобразователи термоэлектрические с унифицированным токовым выходным сигналом (типа тхау (хромель-алюмель))

Эти термопреобразователи обеспечивают непрерывное преобразование температуры в унифицированный токовый сигнал и предназначены для работы в системах автоматического контроля и регулирования технологических процессов. Первичный преобразователь преобразует температуру в милливольты. Встроенный в головку датчика (рис. 5) измерительный преобразователь преобразует милливольты в унифицированный токовый выходной сигнал (0-5 мА или 4-20 мА), что дает возможность измерения без применения дополнительных нормирующих преобразователей. Этот преобразователь содержит компенсатор нелинейности сигнала первичного преобразователя и компенсатор температуры холодного спая [2].

Рис. 5. Преобразователь термоэлектрический с унифицированным токовым выходным сигналом (ТХАУ)

Измерительные (вторичные) приборы, применяемые в комплекте с термопарами для измерения температуры

Для измерения ТЭДС в комплектах термоэлектрических термометров применяют вторичные приборы: милливольтметры и потенциометры (той же градуировки, что и термопара). В современных условиях все чаще в качестве вторичных применяются цифровые измерительные приборы, позволяющие работать с любыми стандартными типами датчиков и сигналов.

Принцип потенциометрического метода измерения основан на уравновешивании (компенсации) измеряемой ТЭДС известной разностью потенциалов, образованной вспомо­гательным источником тока.

Принцип действия магнитоэлектрического милливольтметра

Милливольтметры – это магнитоэлектрические приборы. Их работа основана на взаимодействии проводника, по которому течет ток, и магнитного поля постоянного магнита. Магнитная система милливольтметра (рис. 6) состоит из подковооб­разного магнита, полюсных наконечников N, S и цилиндрического сердеч­ника 1. В воздушном кольце­вом зазоре между полюсными наконечниками и сердечником вращается катушка индуктивности, выполненная в виде рамки 2 намотанная медным (реже алюминиевым) проводом.

Рис. 6. Схема измерительного механизма

магнитоэлектрического милливольтметра

Чаще всего рамка крепится на кернах 5, которые опира­ются на подпятники 3 из агата или рубина. Момент, проти­водействующий вращению рамки, создается спираль­ными пружинами 4, которые одним концом крепятся к оси 5 и одновременно служат для подвода тока от термоэлек­трического преобразователя к рамке. Магнитное поле, возникающее при протекании тока по виткам рамки взаимодействует с магнитным полем постоянного магнита. Это приводит к появлению магнитоэлектрического вращающего момента М_Э рамки. Этот момент, вращая рамку, и деформируя пружины 4, создает противодействующий момент М_φ. Поворот продолжается до равновесия моментов (М_Э = М_φ). Зависимость угла φ поворота рам­ки, а значит, и стрелки 7 пропорциональна току φ ≈ kI, где k =const, а следовательно и измеряемому напряжению.

Потенциометр

Принцип потенциометрического метода измерения основан на уравновешивании (компенсации) измеряемой ТЭДС известной разностью потенциалов. Компенсационный метод измерения ЭДС рассмотрим на упрощенной схеме потенциометра в комплекте с термопарой (на рис. 7). Ток I₁ от источника питания Е, протекая по компенсационному контуру 1, создает падение напряжения U_AD на участке AD. Ток I₂ измерительного контура 2 создается ТЭДС термопары E (t, t₀). Контуры 1 и 2 соединены так, что токи I₁ и I₂ направлены встречно, а на участке AD совпадают по направлению.

Рис 7. Схема потенциометра

Изменяя сопротивление реохорда, R_AD перемещением подвижного контакта можно подобрать такое положение при котором падение напряжения на участке реохорда AD станет равным ТЭДС термопары - U_AD = E (t, t₀), то есть произойдет компенсация. Ток I₂ в цепи контура 2 станет равен нулю, что можно наблюдать по нуль-прибору (НП). Учитывая, что U_AD = I₁ R_AD получим:

E (t, t₀) = I₁ R_AD

Следовательно, при постоянном токе I₁ сопротивление участка AD есть мера измеряемой ТЭДС. А это означает, что перемещение движка реохорда l пропорционально измеряемой температуре t. Отсутствие тока I₂ в контуре измерения 2 исключает необходимость учета значения сопротивления внешней цепи и влияние изменения сопротивления этой цепи от температуры окружающей среды.