5. Логометры

Магнитоэлектрический логометр является одним из средств измерения, часто применяемых в комплекте с техническими термометрами сопротивления для измерения температуры. Принцип действия логометра (логос — отношение) основан на измерении отношения токов в двух электрических цепях. В одну из них включен термометр сопротивления, а в другую—постоянное сопротивление. На рис. 10 представлена схема магнитоэлектрического логометра, который состоит из двух рамок 1 и 2, жестко скрепленных друг с другом и со стрелкой 3 и помещенных в воздушном зазоре между полюсными наконечниками 4 и 5 постоянного магнита 6 и сердечником 7. Этот зазор сделан неравномерным, н поэтому значение магнитной индукциив разных точках зазора (при различном угле поворота рамок и стрелки) будет различным. Воздушный зазор уменьшается от центра к краям полюсных наконечников и соответственно от центра к краям полюсных наконечников возрастает магнитная индукция в зазоре.

Обе рамки логометра питаются от одного источника постоянного токаи включены таким образом, что их вращающие моменты направлены навстречу друг Другу. Значения вращающих моментовимогут быть определены из выражения (5.18):

(18)

(19)

Подвижная система будет находиться в равновесии, когда моменты

(20)

Как правило, ,и,

тогда выражение (20) принимает вид

ϊ

или

(21)

Отношение магнитных индукций

для конкретной конструкции логометра зависит от положения рамок, т. е. однозначно определяется углом их поворота:

(22)

Рис. 10. Схема магнитоэлектрического логометра

Отношение токов зависит от сопротивлений резисторов двух ветвей цепи.

Обе ветви электрической цепи питаются параллельно от одного источника питания Е. В сопротивление одной изветвей входят сопротивление рамки и сопротивление добавочного резистора. Ток в этой ветви

Сопротивление другой ветви состоит из сопротивления второй рамки , сопротивления добавочного резистора и сопротивления термометраТок во второй ветви

Отношение токов

. (23)

Если сопротивления ,,иостаются постоянными, то можно написать, что

(24)

или, учитывая (22),

(25)

Таким образом, угол поворота подвижной системы, при котором моменты ибудут равны (положение равновесия системы), зависит от сопротивления термометра и не зависит от напряжения питания. Положим, что подвижная система логометра находилась в равновесии, а затем изменилась измеряемая температура. Изменение температуры вызовет соответствующее изменение сопротивления термометра, а это в свою очередь вызовет изменение токаи, следовательно, отношения токов. При этом нарушится равновесие подвижной системы. Направления магнитного поля и тока должны быть подобраны таким образом, чтобы при нарушении равновесия рамка с большим моментом поворачиваласьв направлении уменьшения магнитной индукции или увеличения воздушного зазора. При этом рамка с меньшим моментом будет перемещаться в сторону увеличения магнитной индукции или уменьшения воздушного зазора.

При выводе уравнения не учитывались моменты трения в опорах, моменты сопротивления токоподводов, момент инерции подвижной системы и ряд других факторов. Поэтому на практике имеет место некоторая зависимость показаний логометра от напряжения питания.

Для повышения чувствительности логометра и возможности осуществления температурной компенсации применяется логометр с симметричной мостовой измерительной схемой (рис. 11). Такая схема имеет большую чувствительность, чем рассмотренная выше (рис. 10). Резистор выполняется из меди и позволяет уменьшить температурный коэффициент прибора. Сопротивления резисторовиодинаковы, резисторы ислужат для установления диапазона измерения. Резисториспользуется при подгонке сопротивления соединительных проводов до расчетного (градуировочного) значения. Для этогозакорачивается, а сснимается закоротка. Сопротивление резистораравно сопротивлению термометра при температуре, отмеченной на шкале логометра краской чертой. Поэтому при включениивместоуказатель логометра должен встать на красную отметку, если сопротивление соедини тельных проводов будет равно расчетному. Если это условие не выполняется, то необходимо подгоночными резисторам изменять сопротивление цепи до тех пор, пока указатель логометра не встанет на красную отметку. Аналогичный способ подгонки сопротивления соединительной линии может быть применен и в автоматических уравновешенных мостах.

Рис. 11. Симметричная мостовая измерительная схема логометра

Проверка логометров и автоматических уравновешенных мостов производится в соответствии с ГОСТ 209-76 и 280-7

Компенсационный метод измерения сопротивлений

При точных измерениях, когда должны быть исключены или сведены к минимуму погрешности, а также при измерениях низких температур в криогенной технике, когда сопротивление термометров мало, широкое распространение получил компенсационный метод измерения. Сущность компенсационного метода измерения сопротивления заключается в том, что производится сравнение падения напряжения на измеряемом резисторе и на образцовом резисторе, включенном последовательно с измеряемым (рис. 12). Измерение падения напряжения на резисторах осуществляется, как правило, потенциометром. В этом случае напряжение питания не влияет на результаты измерения, а также полностью исключается влияние сопротивления соединительных проводов, так как в момент измерения ток в проводах, соединяющих потенциометр с измеряемым резистором, равен нулю.

Для удобства применения компенсационного метода измеряемые в образцовые резисторы имеют четыре вывода: два токовых — для подключения питания и два потенциальных — для подключения потенциометра.

Рис. 12. Схема компенсационного метода измерения сопротивлений

На схеме рис, 12 измеряемый резистор включен последовательно с образцовым резистором. В качестве образцового резистора используются магазины сопротивления или образцовые катушки сопротивления. Измерительный ток в цепи устанавливают переменным резистором. Значение тока выбирается таким образом, чтобы самонагрев термометра сопротивления не вызывал изменения температуры термометра больше допускаемого.

С одной стороны, ток определяется по падению напряжения 'на образцовом резисторе:

(26)

где — падение напряжения на образцовом резисторе, мВ;—сопротивление образцового резистора, Ом. С другой стороны

(27)

где — падение напряжения на измеряемом резисторе, мВ;—неизвестное сопротивление измеряемого резистора, Ом.

Исходя из (31) и (32), получаем сопротивление измеряемого резистора

(28)

В рассмотренном варианте компенсационный метод неудобен для технических измерений, так как для определения сопротивления резистора необходимо поочередно измерить падение напряжения на измеряемом и образцовом резисторах и затем рассчитать по (4) сопротивление измеряемого резистора. Но в лабораторных условиях эти операции не представляют особого труда, тем более что этот метод может обеспечить высокую точность измерения сопротивлений.

При измерении высоких температур платиновыми термометрами градуировки 1П или криогенных температур термометрами градуировки 100П или 500П на промышленных установках возникает необходимость измерять сопротивления, соизмеримые с сопротивлением соединительных проводов. Для технических измерений малых сопротивлений термометров разработаны автоматические компенсационные приборы, которые обладают положительными свойствами компенсационного метода измерения сопротивлений. Четырехпроводная схема включения термометра позволила полностью исключить влияние на результаты измерения сопротивления проводов.

Рис. 13. Схема автоматического компенсационного прибора для измерения малых сопротивлений

Принципиальная схема автоматического компенсационного прибора переменного тока для измерения и записи низких температур приведена на рис. 13 [1]. Термометр сопротивления питается от источника питания переменным током. Измерительная схема прибора питается от трансформатора токаТр таким образом, что измерительный ток. Если падение напряжения на термометре не скомпенсировано напряжением , то на вход усилителя поступает сигнал, который заставляет перемещаться реверсивный двигатель и движок реохордадо тех пор, пока напряжениене уравновесит падение напряжения на. В этом случае будет выполнено равенство

(29),

где; (30)

Резистор служит для установки начала шкалы прибора, аустанавливает диапазон измерения. Полагая коэффициент трансформациипрактически постоянным, можно считать, что показания приборапрактически независимы от колебания напряжения питания и изменения сопротивления соединительных проводов термометра.

ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ В РЕАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ