6. Требования к отчету

Отчет по лабораторной работе должен содержать:

1. цель работы;

2. принципиальные схемы потенциометра и милливольтметра;

3. методику проверки работоспособности автоматического потенциометра и милливольтметра;

4. протоколы испытаний приборов;

5. выводы по работе.

3.1.7 Контрольные вопросы

1. В чем заключается принцип действия автоматического потенциометра и милливольтметра?

2. В чем заключается принцип измерения температуры с помощью термоэлектрических преобразователей (термопар)?

3. Что понимается под градуировочными характеристиками термопар?

4. Какова методика пересчета градуировочных характеристик термопар при изменении температуры ее свободных концов?

Каковы источники ошибок при измерении температуры с помощью термопар?

3.2 Лабораторная работа №2 «Изучение и проверка работоспособности электронного моста и логометра»

Цель работы:

1) изучение устройства и принцип действия электронного моста и логометра;

2) приобретение навыков по проверке работоспособности указанных приборов.

3.2.1 Общие сведения

Лабораторный стенд состоит из термопреобразователя сопротивления и вторичного прибора. Измерение температуры осуществляется косвенным методом путем измерения с помощью вторичного прибора электрического сопротивления датчика R_t(t) (платиновой или медной проволоки), однозначно зависящего от температуры. В качестве вторичных приборов используются логометры и автоматические уравновешенные мосты, шкалы которых проградуированы в единицах температуры. В промышленности выпускаются термопреобразователи сопротивления со статическими температурными характеристиками, соответствующими ГОСТ 651-94. Поскольку существует несколько стандартных градуировок термопреобразователей сопротивления, то на шкале конкретного прибора указывается та из них, по которой проградуирован данный прибор. Термопреобразователи других градуировок в комплекте с данным прибором применяться не могут без переградуировки его шкалы.

Рисунок 3.2.1 — Принципиальная электрическая схема уравновешенного моста. Двухпроводное включение термопреобразователя сопротивления в цепь моста

Рисунок 3.2.2 — Принципиальная электрическая схема уравновешенного моста. Трехпроводное включение термопреобразователя сопротивления в цепь моста

Принципиальная электрическая схема уравновешенного моста (рисунок 3.2.1) состоит из постоянных резисторов R₁ и R₂, компенсирующего переменного резистора (реохорда) R_P, термопреобразователя сопротивления R_t и сопротивления соединительных проводов R_пр. В одну диагональ включен источник постоянного тока Е, в другую — нуль-прибор НП. Измерение R_t производится путем перемещения движка реохорда R_P до тех пор, пока стрелка нуль-прибора не установится на нулевой отметке. В этот момент ток в измерительной диагонали cd отсутствует.

При равновесии моста имеет место равенство

R₂ (2 R_пр + R_t) = R₁R_P (3.2.1)

Если считать, что температура окружающей среды постоянна, то 2R_пр = const. Тогда каждому значению R_t соответствует определенное значение сопротивления реохорда R_P, шкала которого проградуирована либо в Омах, либо в единицах неэлектрической величины (например, в градусах Цельсия), для измерения которой предназначена схема.

В случаях, когда колебания температуры окружающей среды велики и погрешность за счет изменения R_ПР может достигать значительной величины, применяется трехпроводная схема включения термопреобразователя сопротивления (рисунок 3.2.2). При таком соединении сопротивление одного провода прибавляется к сопротивлению R_t, а сопротивление второго провода — к переменному сопротивлению R_P. Уравнение равновесия моста принимает вид

R₂ (R_t + R_np) = R₁ (R_p + R_np) (3.2.2)

Из уравнения (3.2.2) следует, что в трехпроводной схеме сопротивление соединительных проводов не влияет на результаты измерения при равенстве R₁=R₂.

Логометр — прибор магнитоэлектрической системы, используется для измерения температуры в комплекте с термпреобразователями сопротивления. Логометры выпускаются обычно с градуировкой шкалы в градусах Цельсия. Температурная шкала логометра действительна только для определенной градуировки термометра сопротивления и заданного значения сопротивления внешних соединительных проводов.

Измерительный механизм логометра состоит из 2 рамок, расположенных под некоторым углом одна к другой и жестко скрепленных между собой. Рамки помещены в воздушный зазор между полюсами постоянного магнита и сердечником. Воздушный зазор между полюсами постоянного магнита и сердечником сделан неравномерным и поэтому магнитная индукция в зазоре не постоянна.

Принципиальная схема логометра с внешним постоянным магнитом показана на рисунке 3.2.3. В межполюсном пространстве постоянного магнита на общей оси (двух кернах) укреплены 2 рамки R_p ^‘ и R_p, изготовленные из тонкой изолированной медной проволоки. Эти рамки могут свободно поворачиваться в пределах рабочего угла в воздушном зазоре. Выточки полюсных наконечников выполнены по окружности, но радиус этих выточек смещен по отношению к центру сердечника так, что воздушный зазор убывает от центра полюсных наконечников к их краям, а магнитная индукция возрастает приблизительно по квадратичному закону от центра к краям наконечников.

Рамки логометров включены таким образом, что их вращающие моменты и направлены навстречу друг другу. Подвод тока к рамкам осуществляется либо с помощью «безмоментных» вводов, сделанных из золотых ленточек, либо посредством маломоментных спиральных волосков, изготовленных из бронзовых сплавов. На приведенной схеме R₁ и R₂ — добавочные манганиновые резисторы, R_t — сопротивление термометра сопротивления.

Как видно из рисунка 3.2.3, ток источника питания в точке а разветвляется и проходит по двум ветвям: через резистор R₁, рамку R_p и через термометр R_t, резистор R₂ и рамку R_p^’.

В точке b ветви сходятся, и дальше ток идет до одному проводнику до источника питания. При протекании по рамкам R_p^’ и R_p токов I₁ и I₁^’ создаются магнитные поля, в результате взаимодействия которых с полем постоянного магнита возникают вращающие моменты соответственно M_p и M_p^‘, направленные навстречу друг другу. Если , то = и при симметричном расположении рамок относительно полюсных наконечников вращающие моменты будут равны (рамки занимают положение, показанное на рисунке 3.2.3).

Если сопротивление термометра сопротивления вследствие нагрева возрастает, то вращающий момент рамки R_p будет больше момента рамки R_p^’, так как , и подвижная система начнет поворачиваться по часовой стрелке, т.е. в направлении момента . При этом рамка с большим вращающим моментом попадет в более слабое магнитное поле и ее момент уменьшится, момент же рамки ,наоборот, будет увеличиваться . При определенном угле поворота моменты сравняются и рамки остановятся. Это произойдет при условии

= (3.2.3)

или

, (3.2.4)

где и — магнитная индукция в зонах расположения рамок;

n₁ и — число витков рамок;

и — площадь активной части рамок.

Полагая в уравнении (3.2.2) , что

, (3.2.5)

получим

, (3.2.6)

откуда

(3.2.7)

Учитывая, что значение отношения , является функцией угла поворота подвижной части, уравнение (5) может быть представлено в виде

(3.2.8),

или

(3.2.9)

Подставляя в уравнение (3.2.7) значения

(3.2.10)

(3.2.11)

получим:

(3.2.12).

Так как , , и являются постоянными величинами, то

, (3.2.13)

т.е. угол отклонения подвижной части или указателя логометра являются функцией измеряемого сопротивления термометра.

О сновным недостатком рассмотренной дифференциальной логометрической схемы является то, что для уменьшения температурной погрешности прибора приходится включать последовательно с рамками манганиновые резисторы с большими сопротивлениями и . Вследствие этого логометры с такой измерительной цепью обладают меньшей чувствительностью по сопротивлению по сравнению с приборами с мостовыми логометрическими схемами.

Рисунок 3.2.3 — Принципиальная электрическая схема логометра с внешним постоянным магнитом