6.5 Тепловая система
Рис.6.
Схематическое устройство прибора
тепловой системы
Принцип действия тепловых приборов основан на удлинении металлической нити при нагревании ее током, которое затем преобразуется во вращательное движение подвижной части прибора.
На рис. 6 показано устройство теплового прибора. Между двумя точками натянута металлическая нить 1 длиной 100— 160 мм, диаметром 0,03—0,05 мм, изготовленная из сплава платины с иридием (или с серебром). Эту нить оттягивает другая нить 2, которая, обвивая ролик 3, другим концом крепится к плоской, стальной пружине 5. Ток, проходя по платиноиридиевой нити, нагревает ее (в некоторых конструкциях до 300°). В результате линейного удлинения нити 1 смещаются нить 2 и пружина 5. Не принимая во внимание некоторое изменение сопротивления нити при нагревании, можно предположить, что нагрев нити пропорционален квадрату тока. Следовательно, шкала теплового прибора неравномерна.
Тепловой прибор может работать в цепях постоянного и переменного тока, причем в последнем случае прибор будет показывать действующее значение измеряемой величины. Поскольку в работе прибора не участвуют магнитные поля, на его показания не влияют внешние магнитные поля. Отсутствие железа и ничтожная индуктивность короткой нити обеспечивают независимость показаний теплового прибора от изменений частоты тока в широких пределах. Этим обстоятельством объясняется широкое применение приборов этого типа в цепях с повышенной и высокой частотой
Но одновременно с положительными качествами тепловые приборы обладают целым рядом недостатков. Наиболее существенным из них является зависимость показаний прибора от внешней температуры. Тепловые приборы боятся перегрузки, так как в этом случае нить перегорает или получает остаточную деформацию, после чего шкалу прибора приходится градуировать заново.
Нужно, однако, отметить, что в настоящее время тепловые приборы сняты с производства и заменены термоэлектрическими с воздушными или вакуумными преобразователями.
6.6. Приборы термоэлектрической системы
Рис.7.
Схема прибора термоэлектрической
системы
На рис. 7 дана схема прибора термоэлектрической системы.
Измеряемый ток проходит по металлической нити 1, к которой припаяны или приварены два разнородных проводника 2, например железо н константан. Свободные концы проводников 2 присоединены к металлическим колодкам 3, хорошо отводящим тепло. К колодкам подключается магнитоэлектрический измерительный прибор 4.
Когда по нити 1 проходит ток, сама нить и место cпая ее с проводниками 2 (точка 5) нагреваются. Точка 5 представляет собой горячий спай термопары. Металлические колодки 3 являются холодными спаями термопары. Вследствие разности температур в замкнутом контуре возникает термоЭДС, которая создает в этой цепи ток. Направление термотока будет всегда одно и то же, независимо от направления измеряемого гока.
Количество тепла, выделенного в горячем спае термопары, согласно закону Джоуля — Ленца, пропорционально квадрату тока. Поэтому шкала применяемого в этой системе магнитоэлектрического прибора неравномерна. Для получения равномерной шкалы магнитное поле магнитоэлектрического прибора делают неоднородным. ТермоЭДС одной термопары не превышает 15 мв, что требует установки весьма чувствительного магнитоэлектрического прибора. Чтобы увеличить величину термоЭДС, соединяют несколько термопар последовательно в термобатарею.
Чувствительные термоэлектрические приборы изготовляются с термопарой, помещенной в вакуум.
Приборы термоэлектрической системы чувствительны к перегрузкам: даже при кратковременной перегрузке на 10% нагревательная нить может перегореть. Точность приборов довольно высока, что дает возможность строить их в классах 0,5 и 1. Приборы термоэлектрической системы получили наибольшее применение для измерения малых значений переменных токов в цепях повышенной и высокой частоты.