Лабораторная работа № 1 «исследование характеристик пирометрического милливольтметра»

3.1 Цель и содержание работы

3.1.1 Цель работы

В процессе выполнения этой работы студент должен ознакомиться с устройством магнитоэлектрических пирометрических милливольтметров, научиться правильно ими пользоваться и оценивать их погрешность.

3.1.2. Содержание работы

1. Изучить устройство и принцип действия пирометрического милливольтметра по представленным в лаборатории плакатам и пособиям.

2. Определить технические характеристики приборов.

3. Определить основную погрешность и вариацию.

4. Сравнить полученные величины погрешностей испытуемого милливольтметра с допустимыми погрешностями, приведенные в инструкции завода-изготовителя и дать заключение пригодности прибора.

5. Определить дополнительную погрешность, вызываемую отклонением сопротивления внешней цепи от величины, на которую градуирован прибор.

6. Построить график зависимости Э.Д.С. от температуры (теоретические и экспериментальные).

7. Составить отчет по работе.

3.2 Краткие теоретические сведения

Пирометрические милливольтметры являются электроизмерительными приборами магнитоэлектрической системы. Они предназначены для измерения температуры в комплекте с термопарами, телескопом радиационного пирометра, а также для работы в комплекте автоматического электрического газоанализатора. Измерительная система пирометрического милливольтметра состоит из постоянного магнита (1) с полюсными наконечниками (2). Неподвижного стального сердечника (5), подвижной рамки (3), спиральных пружин (6), указывающей системы (4) (стрелка, шкала) и добавочного сопротивления (Рис. 1).

Чаще всего рамка крепится на кернах, которые опираются на подпятники из агата или рубина. Указывающие милливольтметры с рамкой на кернах изготовляют как с вертикальной, так и с горизонтальной осью вращения. В регистрирующих приборах рамка подвешена на тонких металлических лентах (растяжках), которые, как и спиральные пружины, служат для создания противодействующего момента и для подвода тока к рамкам.

Принцип действия прибора основан на уравновешивании электромагнитного вращающего момента рамки (пропорционален току) противодействующим моментом пружины (пропорционален углу закручивания):

;

где B – магнитная индукция

E – модуль продольной упругости

K₁, K₂, C – постоянные коэффициенты

Изменение B и E практически не влияет на показания приборов, т.к. с изменением температуры эти параметры меняются почти одинаково. Шкала милливольтметра равномерна и чувствительность его постоянна в любом месте шкалы.

Сила тока в цепи:

E(t;t₀) = E(t)-E(t₀) – разность термо-Э.Д.С., возникающих в горячем и холодном спаях термопары.

R – общее сопротивление цепи

R_р, R_д, R_вн – (сопротивление рамки, добавочное, внешней цепи)

t, t₀ – температура горячего и холодного спаев термопары

Градуировку шкалы пирометрического милливольтметра в градусах температуры производят применительно к определенной градуировке термопары и для заданного значения сопротивления внешней цепи R_вн, которое указывается на шкале прибора и может быть равно 0,6; 5; 15; 25 Ом.

Внутреннее сопротивление делают достаточно большим, включая последовательно с рамкой дополнительную катушку сопротивления.

Добавочное сопротивление R_д, выполняемое из манганиновой проволоки служит для подгонки диапазона шкалы и ограничения влияния изменений температуры окружающей среды на показания прибора (температурный коэффициент сопротивления манганина низкий).

На измерительной схеме милливольтметра Ш-4051 (рис. 2) представлены следующие сопротивления:

R_р – сопротивление рамки

R_д – добавочное сопротивление для изменения диапазона шкалы прибора

R_т – полупроводниковое сопротивление для температурной компенсации

R₀–шунтирующее сопротивление для спрямления нелинейной характеристики

Выпускается большая номенклатура промышленных милливольтметров для измерения, записи и сигнализации температуры, разных пределов измерения, внешних видов, габаритных размеров, аналоговых и цифровых. Классы точности промышленных милливольтметров: 0,5; 1; 1,5; 2; 2,5.