Рис. 3.17. Принципиальная схема пирометра спектрального отношения:

1 — объект измерения; 2 — объектив; 3 — фильтр; 4,6 — зеркало; 5, 7 — фотоэлементы; 8

— реохорд; 9 — усилитель; 10 — реверсивный двигатель; 11 – резистор; 12 – стабилизатор напряжения

Вопросыдлясамоконтроля

1.Что такое температура?

2.Перечислите термометры, применяемые при контактных методах измерения температуры.

3.Перечислите погрешности, возникающие при измерении жидкостными стеклянными термометрами, способы их учета и уменьшения.

4.Расскажите о принципе действия манометрических термометров, их конструкции, диапазоне измерения, области применения.

5.Как определить поправку на температуру свободных концов термоэлектрического преобразователя?

Раздел 3. Вторичные измерительные приборы и преобразователи

Более подробная информация по данному разделу содержится в [1],

с.92…148; [2], с.66…81.

В разделе рассматривается 2 темы:

1.Аналоговые приборы и преобразователи.

2.Цифровые вторичные измерительные приборы и преобразователи.

При работе с теоретическим материалом следует ответить на вопросы, приведенные в конце данного раздела.

После проработке теоретического материала раздела 3 следует выполнить тренировочный тест №3.

Изучение раздела заканчивается контрольным мероприятием: необходимо ответить на вопросы контрольного теста №3.

3.1. Аналоговые приборы и преобразователи

Потенциометрический метод измерения сопротивлений

Суть метода легко пояснить схемой измерения с использованием образцового резистора Rб с известным сопротивлением (рис. 3.18, а).

43

С помощью потенциометра ИП измеряется падение напряжения Ut на термопреобразователе и напряжение Uб на образцовом резисторе Rб. По значению Uб можно определить ток I = Uб/Rб, а зная ток можно определить сопротивление термопреобразователя

Рис. 3.18. Схема измерения сопротивления по падению напряжения при измеряемом (а) и стабилизированном токе (б)

Такой метод используется для точного измерения температуры. При измерении Ut потенциометром показания снимаются при компенсации измеряемого напряжения внутренним напряжением прибора, с высокой точностью. При компенсации этих напряжений в соединительных проводах 3, 4 ток отсутствует. Это позволяет исключить влияние подводящих проводов на результат измерения сопротивлений. При этом методе измерения сопротивлений используются термопреобразователи с четырьмя выводами от одного чувствительного элемента.

Схему измерения можно упростить (рис. 3.18, б), если через ТС пропускать ток I строго определенного значения от стабилизатора. Очевидно, в этом случае (при большом входном сопротивлении измерительной схемы):

Моcтовые метода измерения сопротивления

Одними из наиболее распространенных средств измерения сопротивления являются мостовые. Простейшая схема четырехплечего моста изображена на рис. 3.19. Схема содержит резисторы, источник питания Uпит и измерительный прибор (ИП). Мосты подразделяются на уравновешенные и неуравновешенные. Состояние моста, при котором Uвых = 0, называется равновесным состоянием, а мост в таком состоянии называется уравновешенным. Этот метод измерения сопротивлений является разновидностью компенсационного (нулевого) метода измерений. Для уравновешивания моста при изменениях Rx используется известное переменное сопротивление. На рис. 3.19 это магазин сопротивлений Rм.

44

При Uвых = 0, и Iип = 0, через Rx и Rм протекает один и тот же ток I1, а через

R1, R2 – ток I2, тогда RхI1 = R1I2 и RмI1 =

R2I1. Разделив эти равенства, получим

Rx Rм R1 R2 или

т.е. условием равновесия моста является равенство произведений сопротивлений противолежащих плеч моста. Из (3.8) следует, что

Плечи R1, R2 называют плечами соотношения, поскольку они определяют масштаб уравновешивающего сопротивления магазина. Уравнение (3.9) определяет положительные стороны измерения сопротивления с помощью уравновешенного моста:

независимость результата измерения от напряжения питания;

линейная зависимость Rx от RM;

измерительный прибор выполняет только функции чувствиительного

нуль-прибора (далее НП), фиксирующего отклонение напряжения измерительной диагонали от нулевого значения.

При нарушении условия равновесия RхR2 R1Iм мост становится неуравновешенным, напряжение небаланса Uвых растет с увеличением разности произведений сопротивлений противоположных плеч и ростом напряжения питания моста.

В неуравновешенных местах напряжение измерительной диагонали изменяется с изменением измеряемого сопротивления, и плечи моста не содержат уравновешивающих элементов. Мост на рис. 3.20 будет неуравновешенным, если три его плеча Rl, R2, R3 образованы резисторами с постоянным сопротивлением, а в четвертое плечо включен измеряемый резистор Rx (в мостовых измерительных схемах термометров это R1). При постоянном напряжении (Uпит с изменением сопротивления Rx изменяется напряжение Uвых в измерительной диагонали.

При анализе схемы можно предположить, что внутреннее сопротивление источника питания равно нулю, а входное сопротивление измерительного прибора очень велико и ток в измерительной диагонали близок к нулю. В этом случае

Uвых = RxIl – RхI2, поскольку I1 = Uпит/(Rx + R3) и I2 = Uпит/(R1 + R2) то получаем следующую зависимость между выходным напряжением Uвых и измеряемым со-

противлением Rx:

Числитель (3.10) представляет разность произведений противоположных плеч моста, т.е. отклонение от условия равновесия. С ростом последнего увеличивается Uвых.

45

Принцип действия логометра основан на измерении отношения токов в двух электрических цепях. В одну из них включен термопреобразователь сопротивления, а в другую — резистор с постоянным сопротивлением. На рис. 3.21 представлена схема магнитоэлектрического логометра, состоящего из двух рамок: компенсирующей 1 и рабочей 2, жестко скрепленных друг с другом и со стрелкой 3 и помещенных в воздушном зазоре между полюсными наконечниками 4 и 5 постоянного магнита и неподвижным сердечником 6 (это условная схема удобна для понимания принципа действия).

Рис. 3.21. Схема магнитоэлектрического логометра и трехпроводная схема подключения ТС:

1, 2 — компенсирующая и рабочая рамки; 3—строка; 4, 5 — полюсные наконечники постоянного магнита; 6 — неподвижный сердечник

Рис. 3.22. Схемы логометра: а – магнитной системы; б – измерительной

Реальная схема магнитной системы приведена на рис. 3.22. Зазор между полюсными наконечниками и сердечником сделан неравномерным, и поэтому значение магнитной индукции в разных точках зазора (при различном угле поворота рамок и стрелки) будет различным.

Воздушный зазор от центра к краям полюсных наконечников увеличивается и соответственно от центра к краям полюсных наконечников уменьшается магнитная индукция в зазоре.

Принципиально важно, что магнитное поле в зазоре неоднородно. Оно может увеличиваться от центра к краям, либо уменьшаться.

46

Преобразователи с унифицированным токовым выходным сигналом для ТС ТЭП

Нормирующие преобразователи предназначены для преобразования естественных сигналов от преобразователей температуры (термопреобразователей сопротивления или термопар) в унифицированный выходной сигнал 0...5; 0...20; 4...20 мА, 0...10 В. Преобразование может осуществляться либо в отдельном приборе — нормирующем преобразователе, либо в устройстве унификации расположенном непосредственно в головке термопреобразователя. Такие тер-

мопреобразователи называются термопреобразователями с унифицированным выходным сигналом и в их обозначении обычно присутствует буква У, например ТСМУ, ТХАУ.

Нормирующие преобразователи как для ТЭП, так и для ТС являются устройствами с отрицательными обратными связями. Преобразователи для ТЭП, обеспечивают получение унифицированного токового сигнала, пропорционального измеряемой температуре. От преобразователей для ТС они отличаются только выходными измерительными схемами.

Средства измерения и преобразования термоЭДС. Милливольтметры

Простейшим средством измерения термоЭДС является милливольтметр. Милливольтметры — приборы магнитоэлектрической системы (рис. 3.23). Принцип их действия основан на взаимодействии тока I протекающего через подвижную рамку прибора 1, с полем постоянного магнита 2. Полюсные наконечники 3 выполняются концентрически с неподвижным сердечником 4, вокруг которого вращается рамка 1. При постоянном зазоре между полюсными наконечниками 3 с сердечником 4 индукция В в зазоре постоянна и действующий, на рамку вращающий момент определяется уравнением

Мвр = 2nlrBI,

где п — число витков в рамке; l, r — активная длина и радиус рамки. Для измерения Мвр и получения пропорционального ему поворота показывающей стрелки, соединенной с рамкой l, используется пружина 5. Один ее конец соединен с неподвижным сердечником 4, а другой — с рамкой l. Закручивание пружины на угол φ создает противодействующий момент Мпр, пропорциональный φ. В равновесном состоянии рамки М = Мпр, 2nlrBI = cφ, откуда φ = 2nlrBI/c. При постоянном внутреннем сопротивлении милливольтметра между напряжением на его зажимах и током, протекающим через рамку, существует однозначное соответствие, что позволяет прибор проградуировать в единицах напряжения.

Рис. 3.23. Схема милливольтметра:

1 – рамка; 2 – постоянный магнит; 3 – полюсные наконечники; 4 – неподвижный сердечник; 5 – пружина

47