2 Описание лабораторной установки

На лабораторном стенде размещены: автоматический мост КСМ-3, логометр магнитоэлектрический Ш69000, клеммы для трехпроводного подключения к мосту образцового магазина сопротивлений ММЭС Р4830/1, имитирующего термопреобразователь сопротивления (гр.23), клеммы для подключения магазина сопротивлений к логометру, тумблеры "Включение логометра" и ''Сеть" с сигнальной лампочкой.

3. Порядок выполнения работы

Подготовка к работе.

Перед включением прибора в работу проверьте напряжение питания.

Включите питание прибора.

Переключатель на измерительном блоке установите в положение "Контроль". Если прибор исправен, указатель должен установиться против красной отметки на шкале прибора с точностью 3 мм, при этом время нахождения указателя у красной отметки не должно превышать 10-15 сек.

При подготовке прибора к проверке заземлите корпус прибора. Питание на прибор подается через разъем внешних соединений к клеммам 5-7.

Ход работы.

1. Подключите к мосту образцовый магазин сопротивлений.

2. Пользуясь градуировочной таблицей термометра сопротивлений, произведите проверку моста. Градуировочная таблица термометра сопротивлений (зависимость сопротивления чувствительного элемента от температуры):

Таблица 2.3.1. Градуировочная таблица термометра.

Температура, Т, 0С	0	10	20	30	40	50	Т,0С
Ом	53,00	55,26	57,52	57,52	62,03	64,29	Ом
Т, 0С	60	70	80	90	100	110	Т,0С
Ом	66,55	68,81	71,06	73,32	75,58	77,84	Ом

3. Определите абсолютную, относительную и приведенную погрешности моста и вариацию показаний.

Методические указания.

1. Поверку приборов производите на всех оцифрованных делениях шкал. К оцифрованному делению шкалы нужно сначала подходить слева, двигаясь от начала шкалы к концу, не переходя за середину деления.

2. Перемещение указателя прибора происходит при изменении сопротивления образцового магазина сопротивлений. Магазин сопротивлений нужно переключать с младшей декады. Двигаясь в сторону увеличения показаний, установите указатель на середине деления (при подходе слева). Запишите значение сопротивления образцового магазина сопротивлений. На втором этапе испытаний запишите значения сопротивлений при подходе к делению справа.

4. Содержание отчета

1. Цель работы.

2. Перечень приборов, их характеристики.

3. Порядок выполнения работы

4. Таблицы с результатами измерений.

5. Вычисление погрешности.

6. Выводы.

5. Контрольные вопросы

1. Что такое датчик, типы датчиков?

2. Терморезистор, термометр сопротивления.

3. Типы термометров сопротивления.

4. Устройство, принцип действия уравновешенного моста.

5. Метод сравнения измеряемого сопротивления с образцовым.

6. Устройство, принцип действия автоматического моста.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

Тема: Поверка термоэлектрического термометра.

Цель: Изучить принцип действия потенциометра постоянного тока - ручного и автоматического; изучение методов измерения напряжений с помощью потенциометра и использования для измерения температуры.

1. Теоретические положения

Потенциометрами называются приборы для измерения методом сравнения ЭДС, напряжений или величин, функционально с ними связанных. Существуют компенсаторы как постоянного, так и переменного тока.

Потенциометры постоянного тока обычно выполняются по схеме, приведенной нa pиcунке 3.2.1. Источник постоянного тока GВ1 обеспечивает протекание рабочего тока I в цепи, составленной из последовательно соединенных резисторов: измерительного R_и, установочного R_у и регулировочного R_р. Зажимы U_х, предназначены для подключения измеряемого напряжения. В схеме используется также нормальный элемент GB2; при помощи переключателя S гальванометр PG можно включать либо в цепь нормального элемента (положение НЭ), либо в цепь измеряемого напряжения (положение Х).

Суть метода заключается в сравнении измеряемого напряжения U_х с падением напряжения, создаваемым рабочим током I на части R измерительного резистора R_и. На практике в качестве R_и используют магазин резисторов, обеспечивающий высокую точность задания требуемого значения R.

Процесс измерения напряжения состоит из двух операций: установления рабочего тока I и уравновешивания измеряемого напряжения напряжением, создаваемым рабочим током на резисторе R.

Для установления рабочего тока переключатель гальванометра ставят в положение НЭ и при помощи резистора R_р добиваются отсутствия тока в гальванометре. Это будет иметь место в том случае, если падение напряжения на установочном резисторе R_у равно ЭДС нормального элемента: IР_у = Е_н.

Таким образом, при отсутствии тока в цепи гальванометра рабочий ток І = E_н/R_у.

После этого переходят ко второй операции: переключатель гальванометра устанавливают в положение Х и при помощи магазина резисторов R_и устанавливают такое значение сопротивления R, при котором происходит уравновешивание измеряемого напряжения падением напряжения IR, т.е. ток через гальванометр будет отсутствовать. В результате уравновешивания U_х = IR.

Однако необходимо учитывать, что ЭДС нормального элемента, хотя и слабо, но зависит от температуры. Для устранения этой зависимости служит небольшой переменный резистор, которым вместе с постоянным резистором входит в состав R_у.

Автоматические потенциометры предназначены для контроля и записи температуры или других величин, изменения значений которых могут быть преобразованы в изменения напряжения постоянного тока. Наиболее часто автоматические потенциометры работают в комплекте с термоэлектрическими термометрами (термопарами) и радиационными пирометрами.

Потенциометры относятся к автоматическим компенсационным приборам, основная задача которых - добиться автоматического уравновешивания электрической схемы, иначе говоря, сбалансировать ее путем воздействия на одно из ее переменных сопротивлений. Схема электрическая функциональная автоматического потенциометра представлена на рисунке 3.2.2.

Измерение производится методом компенсации путем сравнения неизвестногo напряжения U_х с падением напряжения на калиброванном реохорде.

Компенсационная цепь потенциометра состоит из реохорда R_р с ползунком, усилителя, электродвигателя РД, источника питания GB. Электродвигатель связан с ползунком, указателем и пером. Действие компенсационной цепи сводится к автоматическому перемещению ползунка по реохорду в сторону уменьшения напряжения рассогласования (разности термоэдс м падения напряжения на реохорде) до тех пор, пока это напряжение не станет равным меньше зоны нечувствительности усилителя. Таким образом, положение ползунка и связанных с ним указателя и пера прибора однозначно определяют величину термоэдс и, следовательно, величину измеряемой температуры.

Термоэлектрический преобразователь представляет собой термопару, состоящую из двух разнородных проводников Р и Q, соединенных между собой в двух точках (рисунке 3.2.3,а). На границе разделов двух разных металлов имеется контактная разность потенциалов Е_PQ(t), зависящая от рода металлов и от температуры контакта. В цепи, показанной на рисунке 3.2.3,а, контактные разности потенциалов образуются в точках 1 и 2. При t₁ = t₂ они равны между собой и, будучи противоположно направленными, взаимно уравновешиваются. При t₁ t₂ л цепи развивается результирующая ЭДС Е=Е_PQ(t₁)-Е_PQ(t₂), называемая термоэлектродвижущей силой (термоэдс).

Места контактов называются спаями термопары.

Термоэлектрические преобразователи используются для измерительного преобразования температуры в ЭДС. В таблице 3.1.1 приведены наиболее широко используемые термопары и их основные характеристики.

Таблица 3.1.1. Характеристики термопар.

Тип термопары	Материал термоэлектродов	Обозначение градуировки	Диапазон измерения при длительном измерении,0С
ТХК	Хромель-копель	XK(L)	-200 …+600
ТХА	Хромель-алюмель	ХА(К)	-200 …+1000
ТПП	Платинородий(10%)-платина	ПП(А)-1	0 … +1300

Термоэлектроды промышленной термопары изолируются друг от друга керамическими бусами или керамической трубкой, одним своим концом они свариваются, другим - присоединяются к зажимам к внешним проводам. Термоэлектроды помещаются в защитный чехол, изготовленный из жаропрочной стали, либо для измерения очень больших температур - из керамики или кварца.

Место соединения термоэлектродов (рисунке 3.2.3,б) называется горячим (рабочим) спаем. Противоположные концы называются холодными (свободными). Обычно в месте свободного спая термопара разомкнута, ЭДС термопары обычно не превосходит 50 мВ.

Для подключения термопары используют либо медные провода (если температура свободных концов пocтоянна), либо компенсационные провода. Они подбираются так, чтобы при температуре свободных спаев и в паре между собой они имели такие же термоэлектрические свойства, как и рабочая термопара. Это дает возможность отвести холодный спай образованный составной термопары в такое место, где температура остается постоянной.