3.4. Особенности устройства термометров сопротивления

Особенности устройства терморезисторного термометра ТНВ-15. Для измерения температуры наружного воздуха используется термометр ТНВ-15 с проволочным термопреопреобразователем П-5. Его теплочувствительный элемент 1 (рис.9) размещается в корпусе, внутренний канал которого расточен по профилю сопла Лаваля 2. Корпус, в свою очередь, крепится к основанию 4 с помощью полого откоса 3. Внутри откоса размещён подгоночный резистор 5 из манганита. Термопреобразователь П-5 устанавливается на борту самолёта так, чтобы продольная ось его корпуса совпадала с направлением набегающего потока воздуха.

Рис.9. Устройства терморезисторного термометра ТНВ-15:

1 – теплочувствительный элемент; 2 – внутренний канал корпуса; 3 – полый откос; 4 – основание; 5 – подгоночный резистор.

Принципиальная электрическая схема термометра ТНВ-15 показана на рис.10. Это четырёхплечий неуравновешанный мост с магнитоэлектрическим логометром. Примененный логометр с подвижными рамками имеет увеличенный размах шкалы термометра, однако ему свойственен ряд недостатков, связанных с малой вибропрочностью и сложностью конструкции подвижной системы. К одной из диаго­налей которого подается питание от сети постоянного тока 27 В. Во вторую диагональ включены две рамки логометра.

Сопротивления R_l, R₂, R₄, R₆, R₉, R₁₀ выполнены из мангани­на, сопротивления R₃, R₅, служащие для температурной компенса­ции, — из меди.

Равно­весие моста обусловлено равенством

R₉R₄=(R₁₁+R₁₀)(R₂+R₃).

В этом случае в рамках логометра протекают равные по вели­чине токи. Взаимодействуя с неравномерным полем постоянного магнита логометра, рамки устанавливают подвижную систему и стрелку указателя против среднего деления шкалы.

Рис.10. Принципиальная электрическая схема термометра ТНВ-15

При любом другом значении температуры сопротивление при­емника имеет определенную величину, равновесие моста нару­шается, изменяется соотношение токов в рамках, причем каждо­му отношению токов соответствует единственное положение под­вижной системы.

Диапазон измерения температуры ТНВ-15 от -60 °С до +150 °С с показывающим прибором ТНВ-1. Основная погрешность измерения температуры на рабочем участке диапазона измерения приборов не превышает 4 °С.

Особенности устройства терморезисторного термометра ТУЭ-48. Унифицированный терморезисторный термометр типа ТУЭ предназначен для измерения температуры масла, воды, воздуха, наружного воздуха и др. Он состоит из датчика и указателя. Датчик включает теплочувствительный элемент ТЭ, корпус и штепсельное соединение (рис.11).

Рис.11. Устройство датчика термометра ТУЭ-48:

1 – спираль; 2- стойка; 3 – никелевая проволока; 4 – пластина; 5 - теплопроводящая пластина; 6 – корпус; 7 – прокладка; 8 – колодка; 9 – гайка; 10 - штепсельный разъем

Теплочувствительный элемент выполнен из никелевой неизолированной проволоки 3, намотанной на две пластины из слюды 4. Изоляция никелевой обмотки с наружной стороны осуществляется тонкими слюдяными прокладками 7, поверх которых помещены теплопроводящие пластины из серебра, соприкасающиеся с корпусом датчика 6. Такая конструкция ТЭ обеспечивает хороший теплообмен с измеряемой средой, способствующей уменьшению погрешностей прибора. Корпус датчика изготовлен из нержавеющей стали.

В термометрах ТУЭ-48 указателем является логометр с подвижным магнитом и неподвижными рамками (рис.12).

Рис.12. Устройство логометра термометра ТУЭ-48:

1 – демпфер; 2 – магнит подвижной системы; 3 – катушка внутренняя; 4 – магнит для возвращения стрелки; 5 – стрелка; 6 – подпятник; 7 – основание; 8 – магнитный экран; 9 – ось подвижной системы; 10 – катушка; 11 – экран.

Подвижная система логометра состоит из плоского железоникельалюминиевого магнита 2, укрепленного на оси 9, и стрелки 5 с балансировочными грузами. На концах оси 9 запрессованы керны 11 из кобальтовольфрамовой стали, опирающиеся на подпятники 6 из корунда.

Подвижный магнит окружен демпфером 1 из красной меди. При колебаниях подвижной системы в демпфере возникает вихревые токи, способствующие успокоению системы.

На демпфер надеты две пары катушек: внутренняя 3 и наружная 10, расположенные под углом 120 °.

Для возвращения стрелки в нулевое положение при выключенном токе служит неподвижный магнит 4. Создаваемый им возвращающий момент бо­лее чем на два порядка меньше момента логометра. Логометр защищен от влияния внешних магнитных полей экраном 8 из пермаллоя, являющимся также магнитопроводом для потоков катушек.

Принципиальная электрическая схема термометра ТУЭ-48 (рис.13).

Рис.13. Принципиальная электрическая схема термометра ТУЭ-48

Сопротивление термопреобразователя измеряется двойным мо­стом постоянного тока. В схеме двойного моста выводы катушек (рамок) логометра с одной стороны соединены вместе, а с другой стороны — через сопротивления R₄, R₅. Токи, протекающие по катушкам логомет­ра, и соответственно потенциалы точек А, В, С зависят от величи­ны сопротивления R₈, размещенного в приемнике температуры. В частности, с увеличением R₈ потенциал точки А увеличивается, и наоборот.

Если температура окружающей среды постоянна, потенциалы точек В и С постоянны по величине, так как величины сопротив­лении R₂, R₃, R₄, R₅, R₆ в этом случае не изменяются. Сопротив­ления моста подобраны так, что при температуре -50 °С потен­циалы точек А и С равны между собой, а потенциал точки В больше потенциала точки А. Вследствие такого распределения потенциалов ток в катушке R₁₀ равен нулю, а в катушке R₉ до­стигает максимального значения. Постоянный магнит логометра устанавливается в направлении вектора поля катушки R₉.

При температуре +50 °С разность потенциалов точек А и В равна разности потенциалов точек А и С. Токи в катушках лого­метра равны по величине и направлены от точки В к точке А и от точки А к точке С. Магнит логометра устанавливается в на­правлении результирующего вектора полей обеих катушек. Это положение магнита соответствует среднему положению стрелки на шкале указателя.

При увеличении температуры с +50 до +150 °С потенциал точки А приближается к потенциалу точки В, поэтому ток в ка­тушке R₉ уменьшается до пуля, а в катушке R₁₀ увеличивается до максимального значения. Подвижный магнит поворачивается в сторону катушки R₁₀.

Каждая катушка логометра имеет одинаковое число витков. Сопротивление внутренней рамки меньше, чем наружной, поэто­му в цепь внутренней рамки включено сопротивление R₁₁ для обеспечения симметричности схемы и температурной компенса­ции. Резисторы R₃ и R₄, имеющие положительный температур­ный коэффициент сопротивления, также служат для температур­ной компенсации инструментальной погрешности показывающего прибора. При этом изменение сопротивления R₃ компенсирует из­менение тока в обмотке R₁₀ из-за изменения температуры окру­жающей среды, а изменение сопротивления R₄ - в обмотке R₉.

Термометр типа ТУЭ-48 имеет следующие характеристики:

- диапазон измерения от – 70 до 150 °С, цена деления 10 °С;

- погрешность измерения при нормальной температуре 1,5 %;

- термометр работает от источника питания постоянного тока напряжением 272,7 В;

- датчики и указатели разных комплектов взаимозаменяемы.

Конструкция приёмника температуры и преобразователя.

Приёмник температуры П-69-2М (рис.14) состоит из корпуса 1, внутри корпуса находятся два чувствительных элемента (изоляционная пластинка 2, на которую бифилярно намотана платиновая микропроволока 3).

Рис.14. Устройство приёмника температуры П-69-2М:

1 – корпус; 2 – чувствительный элемент (изоляционная пластинка); 3 – платиновая проволока; 4 – трубка; 5 – колодка; 6 – втулка; 7 - стойка; 8 – выходные концы; 9 – штепсельный разъем

Все детали приёмника крепятся к стойке 7 и втулке 6, выполненные из жаропрочной хромоникелевой стали. Для защиты от солнечной радиации поверхность датчика полируется. Выходные концы 8 сопротивления через колодку 5 и трубку 4 соединены со штепсельным разъёмом 9.

Преобразователь смонтирован в отдельном корпусе. На изолированных платах собраны мультивибратор, триггер, интегратор и компаратор.

Соединение с приёмником температуры, блоком питания и регистрирующими устройствами производится через штепсельный разъём.