Наиболее широко используется компенсационный метод измере-
ния термоЭДС. Этот метод основан на компенсации неизвестной
термоЭДС, развиваемой термопарой ТП, известным падением рабо-
чего напряжения U p , создаваемым током от дополнительного источ-
ника питания U n (рис. 3.5, а).
Замкнутый контур I содержит дополнительный источник U n и
реохорд Rp. Реохорд представляет собой переменный резистор из
тонкой калиброванной проволоки (выполненной из специального
сплава), намотанной на цилиндрический стержень и снабженный
подвижным контактом для изменения сопротивления. Этот контур
называется компенсационным. Второй контур II (контур abed) вклю-
чает в себя термопару (ТП), термоЭДС, Е тп которой измеряется,
чувствительный гальванометр, выполняющий функции нуль-
индикатора (НИ), а также часть реохорда r р от точки d до подвижно-
го контакта с движком реохорда. Источник измеряемой термоЭДС
Е тп включен встречно с дополнительным источником U„ так, что токи
от обоих источников на участке гр идут в противоположных направ-
лениях. Для контура abed на основании второго закона Кирхгофа
можно записать:
Подставляя равенство (3.21) в (3.20), для падения напряжения на
термопаре получим, что
Равенство нулю тока через НИ означает, что ток в контуре II не
протекает, следовательно, потребления мощности от ТП не проис-
ходит, т. е.
Изменение сопротивления r v на участке cd реохорда прямо про-
порционально линейному перемещению движка реохорда R p ,
т. е. измерительная шкала линейная и прибор можно проградуировать
в единицах измерения термоЭДС. Для сохранения градуировки не-
обходимо в равенстве (3.23) обеспечить постоянство рабочего тока,
т. е. Iр = к = const. Для этого в схеме предусмотрены миллиамперметр
(мА) без оцифрованных отметок и переменное балластное сопро-
тивление R 6 . Перед измерением, в связи с тем что источник питания
со временем меняет свое напряжение U n , проводится контроль рабо-
чего тока. Для этого изменением сопротивления R 6 стрелка милли-
амперметра подводится к соответствующей отметке на шкале. Таким
образом, компенсационная схема работает в двух режимах: 1) кон-
троль рабочего тока (мА); 2) измерение (НИ). Для подключения
термопары к измерительной схеме применяется проводная линия
связи, имеющая свое сопротивление R„ c . Под воздействием темпера-
туры окружающей среды его значение изменяется, но так как в момент
отсчета результата измерения ток в контуре abed равен нулю, потре-
бление энергии в линиях связи отсутствует, т. е. изменение сопротив-
ления линии связи, а также внутреннего сопротивления термопары
при изменении температуры окружающей среды на результат измере-
ния в компенсационных схемах не влияет.
Компенсационный метод измерения термоЭДС реализован в ав-
томатических потенциометрах (рис. 3.5, б). В данной схеме из-
меряемая термоЭДС компенсируется (уравновешивается) напряже-
нием измерительной диагонали моста, работающего в неуравнове-
шенном режиме. В качестве нуль-индикатора в автоматических
потенциометрах используется электронный усилитель (ЭУ).
Для питания мостовой измерительной схемы используется источ-
ник стабилизированного питания ИПС, в котором напряжение пере-
менного тока 6,3 В выпрямляется и стабилизируется в выходное на-
пряжение постоянного тока 5 В. При помощи сопротивления R y
напряжение на диагонали питания моста U ab устанавливается равным
1,019 В. Следует отметить, что сопротивление стабилизации R y подо-
брано с малым температурным коэффициентом сопротивления
(ТКС), что обеспечивает его постоянство при изменениях темпера-
туры окружающей среды. Таким образом, происходит стабилизация
рабочих токов I1 и I2 в ветвях моста.
Процесс измерения основан на постоянном контроле равенства
термоЭДС Е тп и напряжения U cd , возникающего на измерительной
диагонали мостовой схемы (между точками c u d ):
Если это равенство нарушается, на входе ЭУ появляется напряже-
ние ∆U, которое будет равно ∆U = Е 1П — U cd . На выходе ЭУ форми-
руется управляющий сигнал, под действием которого ротор ревер-
сивного двигателя (РД) поворачивается на определенный угол, про-
порциональный абсолютному значению напряжения ∆U (направление
угла поворота ротора РД зависит от знака напряжения ∆U). Угловое
перемещение ротора РД преобразуется в линейное перемещение
движка реохорда, т. е. компенсация осуществляется за счет изменения
параметра λ в равенстве (3.24). Движок реохорда Rw перемещается
до тех пор, пока сигнал разбаланса не станет равным нулю. Дости-
жение полного равенства измеряемой термоЭДС и компенсирующе-
го напряжения на измерительной диагонали моста Е т = E(Ɵ, Ɵ1) = U cd
достигается благодаря тому, что система автокомпенсации является
астатической из-за наличия в системе регулирования разбаланса
интегрирующего звена, в качестве которого выступает РД. В резуль-
тате каждому новому значению температуры горячего спая 0 соот-
ветствует новое положение движка реохорда.
ТермоЭДС, как уже отмечалось, зависит от разности температур
горячего и холодного спая и, следовательно, изменяется при измене-
нии любой из них. Движок реохорда, связанный с указателем шкалы,
должен перемещаться только при изменении измеряемой температу-
ры, т. е. температуры горячего спая. Это достигается посредством
автоматического введения поправки на температуры холодного спая
с помощью компенсационного резистора R M . Этот резистор выпол-
няется из медной проволоки и находится рядом с местом подключе-
ния свободных концов термопары (удлинительных проводов), т. е. их
температура одинакова и соответствует температуре окружающей
среды. Пусть, например, эта температура возросла, в результате чего
термоЭДС уменьшилась на ∆Етп. Одновременно с этим сопротивле-
ние резистора R M возрастет на ∆R u и уравнение компенсации (3.24)
примет вид
т. е. изменение термоЭДС в этом случае компенсируется изменением
сопротивления компенсационного резистора:
В настоящее время широкое распространение получили преоб-
разователи термоЭДС в унифицированный электрический сигнал,
что позволяет подключать термопары сразу к контроллеру. Принцип
действия такого преобразователя рассмотрен в гл. 9.
Контрольные вопросы
1. Дайте определение понятия «температура».
2. Перечислите основные виды температурных шкал.
3. Назовите основные конструктивные части манометрических термомет-
ров.
4. Какие типы термометров сопротивлений вы знаете?
5. Каков физический смысл температурного коэффициента сопротивле-
ния?
6. Дайте словесную формулировку условия равновесия моста.
7. Дайте определение понятия «термоэлектрический эффект».
8. Что такое холодный и горячий спай термопары?
9. Назовите основные термоэлектродные материалы и типы термопар.
10. Как изменится термоЭДС при включении в цепь термопары третьего
проводника?
Гл а в а 4
ИЗМЕРЕНИЕ УРОВНЯ
Дата: 2018-12-28, просмотров: 424.
