Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Электрические измерения неэлектрических величин. Учебное пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

08.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 56 / 156 7 8 9 10 11 12 13 14 15 > Следующая >>>



+−

ka a

+− −

Дистиллированная вода, хотя инемного, нодиссоциирована

наионы H

и OH–. Всоответствии сзаконом действующих масс

ивследствие малой диссоциации ионное произведение воды:

= ×

H OH

где

и

−

 — концентрации ионов H+ и OH– (выраженные

вмоль/л), есть величина постоянная иравная 10 чистой воды (нейтрального раствора)

= =

H OH

–14

при 22°С. Для

моль/л. Если

вводе растворить кислоту, то при ее диссоциации концентрация ионов H

врастворе увеличится, аконцентрация ионов OH– умень-

шится (за счет соединения части ионов H+ с ионами OH–).

Растворение щелочей изменит концентрации H

иOH– противоположным образом. Таким образом, концентрация ионов водорода характеризует кислотность раствора— важный фактор, влияющий напротекание многих химических реакций ибиохимических процессов. Численной характеристикой кислотности является водород-

ный показатель

= −

pH lg a

Диапазон изменения водородного показателя водных раство-

ров при температуре 22



°С составляет 0…14единиц pH. Вкачестве примера значения pH для различных концентраций соляной кислоты (HCl) иедкого натра (NaOH) приведены втабл. 2.

Концентрированная соляная кислота HCl

Разбавленная соляная кислота HCl 0,0001 10

Чистая вода (нейтральный раствор) 0 10

Разбавленная щелочь NaOH 0,01 10

Значения pH для различных концентраций

соляной кислоты иедкого натра

Раствор электролита

Концентрация

раствора,

моль/л

1 1 0

-51-

Содержание

ионов H

г/л

–4

–7

–12

Таблица 2



Для измерения pH применяется метод, основанный наизмерении пограничного (электродного) потенциала. Приборы для измерения водородного показателя называются рН-метрами.

Для определения пограничного потенциала между водородом ираствором, содержащим ионы Н+, необходимо иметь так называемый водородный электрод. Водородный электрод представляет собой пластину, покрытую мелкодисперсной платиной (платиновой чернью) ипогруженную всосуд сэлектролитом, к которой непрерывно подводится газообразный водород. Водород адсорбируется платиной ичастично переходит враствор ввиде ионов Н+. Оставшиеся напластине электроны дают ей отрицательный потенциал относительно раствора. Потенциал такого электрода зависит отконцентрации ионов водорода врастворе.

Основным недостатком водородного электрода является то, что при его работе необходимо непрерывно пропускать водородный газ. Вприборах промышленного типа вместо водородных электродов применяются более удобные стеклянные, сурьмяные идругие электроды, лишенные этого недостатка.

ЭДС гальванического преобразователя зависит оттемпературы. Для уменьшения этого влияния автоматические pH-метры имеют термокорректирующие цепи. При измерении ЭДС гальванического преобразователя ток должен быть минимален, поскольку при протекании тока происходит электролиз, иизменяется концентрация раствора вприэлектродной области, что увеличивает погрешность измерения. Кроме того, внутреннее сопротивление преобразователя велико (100…200 Мом), что создает ощутимое падение напряжения нанем итакже вносит погрешность в измерение. Поэтому ЭДС pH-метров измеряется либо электронными или цифровыми вольтметрами с большим входным сопротивлением, либо при измерении используются компенсационные приборы.



Фотогальваническими преобразователями являются фотоэлектронные приборы сp–n-переходом: фотодиоды ифототранзисторы. При освещении перехода появляется дополнительная концентрация носителей вp–n-переходе иприлегающих областях. Это приводит кусилению их диффузии кp–n-переходу ивнутри него.

-52-



тф

II I

Примером может служить фотодиод, работающий вгенераторном режиме под воздействием светового потока Φ. Вэтом режиме фотодиод включается посхеме, изображенной нарис. 24, а.

Здесь он сам является источником тока (вотличие отсхемы на рис. 18). Значения фототока, напряжения Uн нанагрузке Rн ичувствительность можно определить поампервольтной характеристике, приведенной нарис. 24, б.

а б в

Рис. 24. Схемы включения фотодиода (вгенераторном режиме)

ифототранзистора

Полный ток фотодиода:

где Iт— темновой ток (сильно зависит оттемпературы); Iф— фототок, зависящий отсветового потока.

ется, ипоэтому превосходит ток фотодиода всотни раз. Нарис. 24, в показана измерительная схема сфототранзистором без присоединения кбазе. Здесь Rк— коллекторное сопротивление; U ходное напряжение; Eк— напряжение питания. Управляет схемой световой поток Φ, аток перехода эмиттер — база, умноженный накоэффициент усиления, дает коллекторный ток.

преобразователями спостоянной времени порядка 10–7…10–8с.

= +

В фототранзисторе ток, создаваемый при освещении, усилива-

— вы-

вых

Фотодиоды ифототранзисторы являются малоинерционными

-53-

  

 

Электроизмерительные приборы для измерения температуры называются электрическими термометрами. Электрический тер- мометр представляет собой сочетание теплового (термоэлектрического или термочувствительного) преобразователя сэлектрическим измерительным прибором.

В зависимости оттипа применяемого теплового преобразователя (термопары, терморезистора, кварцевого термочувствительного преобразователя) различают термоэлектрические термометры, электрические термометры сопротивления, кварцевые термометры.

Приборы для измерения температуры, использующие энергию излучения нагретых тел, называются пирометрами. В отличие оттермометров они осуществляют бесконтактное измерение температуры.



Эти термометры состоят изтермоэлектрического преобразователя (термопары) иэлектроизмерительного прибора (милливольтметра сбольшим входным сопротивлением или компенсатора).

Упрощенная схема термоэлектрического термометра приведена на рис.25, где Тп— термопара, УП— удлинительные про-

-54-



=++

RRRR

вода, СП— соединительные провода, ИП— измерительный прибор,

— уравнительный резистор (спомощью резистора Rу внешнее

поотношению к ИП сопротивление подгоняется доградуировочных значений 0,6; 5; 15 или 25 Ом).

Рис. 25. Упрощенная схема термоэлектрического термометра

Если вкачестве измерительного прибора использовать милливольтметр (сбольшим входным сопротивлением), то его показания определятся как:

ÒïâímV

где E

— ЭДС термопары; RmV— электрическое сопротивление

Тп

милливольтметра; кизмерительному прибору сопротивление; R

сопротивление термопары; Rпр— электрическое сопротивление подводящих проводов (удлинительных исоединительных).

При неизменных Rвн иRmV показания милливольтметра определяются значением ЭДС термопары EТп, азначит, и измеряемой температурой. Таким образом, шкала прибора может быть отградуирована вединицах температуры (градусах) суказанием типа термопары ивыбранного для градуировки значения внешнего сопротивления, которое устанавливается спомощью уравнительного резистора Rу.

Погрешность термометра связана с изменением сопротивления подводящих проводов иизмерительного прибора при колебаниях температуры воздуха иизменением температуры свободных концов термопары, что изменяет показания измерительного прибора. Для устранения влияния температуры свободных концов применяют введение поправок.

âí Òï ïð ó

-55-

— внешнее по отношению

— электрическое

Тп



Поправка, равная отклонению температуры свободных концов от0°С, умноженному накоэффициент, учитывающий нелинейность характеристики преобразования термопары, сучетом знака прибавляется кпоказанию милливольтметра. Поправка положительна, если измеряемая температура итемпература свободных концов термопары одного знака (обе положительны или обе отрицательны). Поправка отрицательна, если указанные температуры разных знаков.

Можно заранее при отключенной термопаре установить корректором стрелку прибора на отметку шкалы, соответствующую значению поправки. После этого прибор будет автоматически вводить нужную поправку впоказания. При изменении температуры свободных концов значение поправки будет меняться.

Часто используют способы автоматического введения поправок. Нарис.26 показана схема термометра савтоматическим введением поправки спомощью неравновесного моста, включенного последовательно вцепь термопары имилливольтметра.

Рис. 26. Схема термометра савтоматическим

введением поправки с помощью неравновесного моста

Терморезистор R1 измедной проволоки, являющийся одним изплеч измерительного моста, имеет ту же температуру, что исвободные концы термопары Тп. Для этого его помещают взону, где расположены свободные концы. Остальные плечи моста R2, R иR4— это манганиновые резисторы постоянного номинала.

-56-



При градуировке термометра мост находится в равновесии. При отклонении температуры свободных концов термопары отградуировочного значения вследствие того, что терморезистор R1 находится при тех же температурных условиях, что исвободные концы, ввыходной диагонали моста появляется разность потенциалов, которая складывается стермоЭДС. Эта разность потенциалов практически полностью компенсирует изменение термоЭДС, связанное сколебаниями температуры свободных концов термопары.

Для измерения ЭДС термопары используют автоматические компенсаторы. Посхеме нарис. 27 измеряемая ЭДС Ex уравновешивается напряжением U емая ЭДС E

инапряжение U

ввыходной диагонали моста. Если измеря-

а-б

отличаются друг отдруга, то навход

а-б

реверсивного двигателя РД через усилитель Уподается их разность.

Рис. 27. Автоматический компенсатор для измерения ЭДС термопары

Ротор двигателя РД, связанный сподвижным контактом переменного резистора R иуказателем отсчетного устройства, начинает вра-

-57-



щаться. Направление вращения ротора определяется знаком разности между измеряемой ЭДС и уравновешивающим напряжением моста. Таким образом, положения подвижного контакта резистора R иуказателя отсчетного устройства зависят отизмеряемой величины Ex.

Компенсатор питается от стабилизированного источника напряжения U0. Основная приведенная погрешность автоматических компенсаторов составляет ± (0,1…0,5) %. На их показания невлияют изменения сопротивлений проводов итермопары, кроме того, они автоматически исключают влияние изменения температуры свободных концов термопары.

Среди современного контрольно-измерительного оборудования широкое распространение получила аппаратура компании «АКТАКОМ». Вее составе существенное место занимают электроизмерительные приборы для измерения неэлектрических величин, втом числе, измерители температуры. Среди измерителей температуры отметим цифровые термоэлектрические термометры АТТ2000, АТТ-2002 иАТТ-2004.

АТТ-2000— портативный измеритель температуры, в котором вкачестве датчика используется термопара К-типа (NiCr-NiAl). Прибор имеет довольно широкий диапазон измерений от–50 до +1 230 °С, хорошую точность (без учета погрешности термопары— ±0,3% + 1°С), высокое разрешение (0,1°С), импеданс— 10 МОм, время измерения— 0,8с, измерение температуры осуществляется подвум каналам.

АТТ-2002— прецизионный измеритель температуры, работающий состандартными термопарами типов K, J, T, E, R иплатиновым терморезистором АТА-2210. Расширенный диапазон измерений составляет от–100 до +1 370°С. Прибор имеет высокую точность измерений (погрешность составляет ±0,1% ± 0,2°С), разрешение— 0,01°С, время измерения: термопарами— 2,5с, терморезистором— 1,5с.

Четырехканальный термометр АТТ-2004 позволяет измерять температуру термопарами типов K иJ.Диапазон измеряемых температур –100…+1300°С, разрешение— 0,1°С, погрешность— 0,5%, время измерения 1с.

На международном рынке одно изпервых мест занимают измерительные приборы компании Fluke. Среди контактных термоэлектрических термометров выделяется прибор модели Fluke 50серии II, обеспечивающий лабораторную точность измерений (±0,05% +

-58-



+0,3°С). Этот термометр может работать ссемью типами термопар (J, K, T, E, N, R, S) при общем диапазоне температур от–250°С (c термопарой Т-типа) до+1 767°С (стермопарами R- иS-типа).

Все выше названные термометры обладают высококонтрастными жидкокристаллическими (ЖК) дисплеями и возможностью передачи данных накомпьютер. Приборы снабжены встроенными схемами компенсации температуры холодного спая итемпературной компенсации линейности, атакже рядом дополнительных функций, среди которых удержание показаний, отображение входе измерения максимальных иминимальных значений.



Основным элементом этого прибора является терморезистор (проводниковый или полупроводниковый— термистор), который, как правило, включается водно изплеч уравновешенного или неуравновешенного моста спомощью двух- или трехпроводной схем.

Для двухпроводной схемы (рис. 28, а) требуется всего два провода (R

, Rл2) для включения терморезистора Rт, правда, при этом

л1

возникает погрешность отизменения сопротивления соединительных проводов при колебаниях температуры окружающей среды. Эту погрешность можно существенно уменьшить, применив трехпроводную схему подключения (рис. 28, б) терморезистора (третий провод R

включается вдиагональ питания моста).

л3

При использовании автоматического моста напряжение выходной диагонали через усилитель подается нареверсивный двигатель, ротор которого механически соединен с движком резистора R

Перемещение движка уменьшает разбалансировку моста дополного уравновешивания.

Кроме сопротивления соединительных проводов напогрешность измерения термометром сопротивления влияет изменение напряжения питания. Чтобы исключить это влияние, применяют неуравновешенную мостовую схему слогометром (рис. 28, в). При R

= R2 показания логометра зависят отизмеряемой температуры.

В настоящее время электрические термометры сопротивления распространены меньше, чем термоэлектрические. Это связано впервую очередь сболее узким диапазоном измеряемых температур при тех же разрешении ипогрешности. Их достоинством является более низкая нижняя граница температурного диапазона. При

-59-



этом они часто совмещаются (водном корпусе) сдругими приборами— термоэлектрическими термометрами, измерителями влажности, анемометрами.

Рис. 28. Мостовые схемы для измерения сопротивления терморезистора

-60-

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 56 / 156 7 8 9 10 11 12 13 14 15 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]