2.6 . Приборы термоэлектрической системы

Схема устройства приборов теплоэлектрической системы изображена на рис . 2.3. Измеряемый ток I_x протекает по нагревателю АВ и подогревает спай термопары М-N, соединенный с подогревателем. Термоэдс, возникающая в результате нагрева спая термопары, измеряется прибором магнитоэлектрической системы.

Составим уравнение шкалы прибора этой системы. Измеряемый ток протекает по нагревателю АВ с сопротивлением R и за время t выделяет в нем количество теплоты Q₁, которое определяется формулой Джоуля-Ленца

Q₁₌ 0,24J²R t,

где J - -действующее значение переменного тока.

Это тепло рассеивается в окружающую среду. Будем полагать, что рассеиваемое тепло Q₂, при сравнительно невысоких температурах нагревателя Т, пропорционально разности температуры Т и температуры окружающего воздуха Т_в:

Q₂= k(T-T_в)t,

где к -- коэффициент теплоотдачи.

По прошествии некоторого времени установится постоянное динамическое тепловое равновесие и Q₁ = Q₂. Приравнивая их, получим

T-T_в = 0,24RJ²/k.

Термоэдс Е_т прямо пропорциональна разности температур спая и холодного конца,

Е_т = k₁(T-T_в) = к₁×0,24RJ² /к,

где -- коэффициент пропорциональности.

П

(17б) )

)

од влиянием термоэдс в цепи термопара - прибор потечет постоянный ток ,

где R_т - -сопротивление термопары,

R_пр - -сопротивление прибора магнитоэлектрической системы.

Для приборов магнитоэлектрической системы угол поворота механизма определяется уравнением a=J, подставляя в которое значение тока, получим для шкалы термоприбора:

(17в)

)

,

где

Из этого уравнения видно, что прибор неполярен и пригоден для измерения как постоянного, так и переменного тока. Шкала прибора квадратична.

Показания его соответствуют действующему значению измеряемого переменного тока. Приборы этой системы могут быть использованы в качестве амперметров, вольтметров и ваттметров.

Приборы термоэлектрической системы очень чувствительны к перегрузке, так как повышение температуры подогревателя пропорционально квадрату тока, протекающему по нему. Поэтому даже кратковременная нагрузка термопреобразователя на величину более чем на 50% от номинального тока ведет к перегоранию подогревателя и выходу прибора из строя.

Приборы термосистемы в основном используются для измерения токов в диапазоне частот от звуковых до 1000 МГц. Так как только эти приборы фактически позволяют непосредственно измерять ток в таком широкочастотном диапазоне. В качестве индикаторов в них используются приборы разных систем классов 0,2, 0,5, 1,0 и др., поэтому ошибка за счет индикатора определяется классом прибора. Наибольше значение при измерении термоамперметра приобретают температурная и частотная погрешности. Изменение температуры окружающей среды приводит к изменению активного сопротивления в цепи прибора и воздействует на его механические элементы (пружинки), что вызывает температурную погрешность. Величина этой погрешности у современных термоамперметров не превышает 1- 2%. В связи с тем, что термоамперметры используются в широком частотном диапазоне, наиболее существенны частотные ошибки. Эти ошибки происходят от изменения величины сопротивления термоподогревателя с частотой вследствие поверхностного эффекта (скин-эффекта) и влияния на результат измерений реактивных параметров прибора (емкости относительно "земли" и индуктивности вводов).

При частотах свыше 1 МГц начинает сказываться влияние собственной емкости подогревателя и прибора магнитоэлектрической системы на "землю" (рис. 2.3, в). Как видно из рисунка, часть высокочастотного тока ответвляется через емкость С_в на "землю", а другая часть замыкается через емкость С_А, что приводит к погрешностям в измерении токов, поэтому включается амперметр непосредственно на “землю”.

Рис .2.3 - Термоэлектрические преобразователи

а- контактный; б- бесконтактный; в - термобатарея;

Величина этой погрешности сильно зависит от частоты и амплитуды напряжения. Внешнее магнитное поле слабо влияет на показания термоэлектрических приборов.