Вимірювання опору термоперетворювача лабораторним мостом

Принципова електрична схема зрівноваженого лабораторного моста пока­зана на рис.1. В одне з плечей моста включено ТО з опором . В діагональ живлення CD увімкнене джерело постійного струму Б, у вимірю­вальну діагональ АВ – нуль-гальванометр (НГ). Міст зрівноважу­ється за допомогою змінного опору R₃ , при цьому стрілка НГ по­винна встановитися на нульовій відмітці. В стані рівноваги моста справедлива рівність добутків опорів протилежних пліч, тобто

. (4)

З (4) випливає, що

(5)

Рис. 1. Принципова схема зрівноваженого лабораторного моста.

R_{1 ,}R_2, – постійні опори;

R₃ – змінний опір;

R_t – невідомий опір ТО;

Б – батарея;

НГ – нуль-гальванометр

Відношення - величина постійна і може бути встановлена залежно від величини опору термометра за допомогою перемикача (N), винесеного на верхню панель моста. Опір R₃ набирають на вимірювальних декадах моста. Користуючись таблицею значень відношень відповідної номінальної статичної характеристики, за значенням опору термоперетворювача визначають температуру t.

Двопровідне ввімкнення термоперетворювача в мостову схему допустиме лише в тих випадках, коли відстань між ними незначна, а температура оточення постійна. В інших випадках для зменшен­ня похибки вимірювання внаслідок змін опору ліній зв'язку застосовують трипровідну схему увімкнення термоперетворю­вача . Опір одного з провідників додають до опору термопе­ретворювача (ліва частина рівняння (4)), а опір другого провід­ника – до опору резистора (права частина рівняння (4)). Зміни довжини лінії або температури оточення викликатимуть однакові зміни опорів провідників і не впливатимуть на результат вимі­рювання. Таке включення показане на рис. 3 і рис.4.

Логометри

Логометр являє собою магнітоелектричний міліамперметр, який складається а двох жорстко з'єднаних між собою рамок, розміщених під деяким кутом. Кут повороту такої рухомої систе­ми φ є функцією відношення струмів (І₁ , І₂ ) в обох рамках

. (6)

Принципова схема логометра показана на рис. 2. Постійний магніт має полюсні наконечники N та S, між якими розміщується циліндричне осердя 1 з м'якої сталі, навколо якого обертається рухома система з двох рамок 2, 3. До рамок прикріплена стрілка 4, що переміщується відносно шкали 5, проградуйованої в граду­сах Цельсія (^oС).

Рис. 2. Принципова схема магнітоелектричного логометра

N , S – полюсні наконечники постійного магніта;

R₁ – постійний опір;

R_t – опір термоперетворювача опору;

1 – циліндричне осердя;

2, 3 – рамки;

4 – стрілка;

5 – шкала.

Повітряний зазор між полюсами магніту і осердям виконують нерівномірним, в результаті чого магнітна індукція в ньо­му буде непостійна. Найбільше значення магнітна індукція буде мати в середині наконечників, найменше – біля країв.

Обидві рамки живляться від спільного джерела постійного струму Б. В рамці 2 струм визначається опором рамки 2 та опо­ром R₁. В рамці 3 струм визначається опором самої рамки 3 та опором термоперетворювача . Розміри рамок 2, 3, а відповідно і їх опори однакові. Напрямки струмів І₁ і І₂ такі, що обертові моменти рамок M₁, M₂ скеровані назустріч один одному. В стані рівноваги моменти рівні M₁ = M₂ і виконується рівність:

, (7)

де K₁, K₂ – конструктивні параметри рамок;

B₁, B₂ – магнітні індукції в зонах розміщення рамок.

При зміні температури зміниться опір і через одну з рамок потече більший струм, рівність (7) порушиться і рухома система повертатиметься в сторону більшого моменту. При цьому рамка, по якій тече більший струм потрапляє в зазор з меншою магнітною індукцією, внаслідок чого діючий на неї момент зменшується. Навпаки, друга рамка входить в зазор з більшою магнітною ін­дукцією і її момент збільшується. Поворот рамок продовжується доти, доки їх обертові моменти не зрівняються. Кожному положенню рухомої системи, тобто, кожному значенню кута пово­роту стрілки відповідає певне співвідношення магнітних індукцій

, (8)

або з врахуванням (7) отримаємо

, (9)

що означає пряму залежність кута повороту рухомої системи від значення опору термоперетворювача . Покази приладу не залежать від коливань напруги живлення, тому що при цьому однаково змінюються обидва струми I₁ , I₂.

В сучасних логометрах для підвищення чутливості і здійс­нення температурної компенсації використовується симетрична мостова схема (рис.3).

Рис. 3. Мостова електрична схема логометра

R_1, R_2, R₃ – постійні опори;

R₄ – мідний опір;

R₅, R₆ – підгоночні опори;

R_t – опір термоперетворювача опору;

R_к – контрольний опір.

В такій схемі резистор R₄ виконується з міді, що дозволяє зменшити вплив зміни температури оточую­чого середовища на покази приладу. Опорами резисторів R_1, R_2, R₃ встановлюють певний діапазон вимірювань. Резистори R₅, R₆ використовують для підгонки опорів з'єднувальних проводів до розрахункового значення. Для перевірки такої підгонки зако­рочують термоперетворювач , а з R_k закорочення знімають. Опір R_k дорівнює опору термоперетворювача при температурі, яка позначена на шкалі логометра червоною рискою. Якщо опір з'єднувальних проводів буде дорівнювати розрахунковому значен­ню, то при включенні R_k замість стрілка приладу повинна ста­ти на червону риску. Якщо ця умова не виконується, то необхід­но підгоночними резисторами R₅ , R₆ скоректувати опір з'єдну­вальних проводів.

Логометри виготовляють як показуючі, так і регулюючі (сигналізуючі).