3.3. Вторичные измерительные приборы

При измерении температуры в промышленных условиях термометры сопротивления применяют в комплекте с логометрами и автоматическими мостами.

Логометр – это прибор магнитоэлектрической системы, основанный на сравнении тока в цепи термометра сопротивления и тока, протекающего через постоянное сопротивление прибора.

Измерительный механизм состоит из двух рамок, помешенных в воздушный зазор между полюсами постоянного магнита NS и сердечника (рис.3.5). При этом, в отличии от милливольтметров, у логометра воздушный зазор между полюсами магнита и сердечником сделан неравномерным, он убывает от центра полюсных наконечников к их краям, а магнитная индукция, напротив, возрастает по квадратичному закону от центра к краям полюсных наконечников.

Рамки R_р и R´_p, изготовлены из тонкой изолированной медной проволоки, укреплены на общей оси и жестко связаны между собой под углом 15 - 20^о. Рамки логометра включены таким образом, что их вращающие моменты М_р и М´_р направлены навстречу друг другу, т.е. противодействующий момент создается, как и вращающий электрическим путем одной из его рамок. Подвод тока к рамкам производится с помощью спиральных выводов. На приведенной схеме логометра R_Т – сопротивление термометра, а R₁ и R₂ – добавочные манганиновые резисторы (температурный коэффициент электрического сопротивления манганина близок к 0), т.е. они служат для подгонки сопротивления прибора до заданного значения, при котором был проградуирован прибор.

Согласно схеме 3.5 ток от источника питания в точке а разветвляется и проходит по двум ветвям: через резистор R₁, рамку R_р и через термометр сопротивления R_Т, резистор R₂ и рамку R´_p. В точке b ветви сходятся и дальше текут по одному проводнику до источника питания. При протекании токов I₁ и I´₁ через рамки R_р и R´_p , окруженные полем постоянного магнита, возникают магнитоэлектрические моменты М_р и М´_р, направленные на встречу друг другу.

Рисунок 3.5 – Электрическая схема логометра с внешним магнитом

Если R₁+ R_р = R₂ + + R_Т, то I₁ = I´₁ и М_р = М´_р. (6)

Если сопротивление R_Т вследствие нагрева термометра возрастает, то I₁ > I´₁ и М_р > М´_р. В результате подвижная часть начнет поворачиваться по часовой стрелке, т.е. в направлении момента М_р. При этом рамка R_р с большим вращающим моментом попадает в более слабое магнитное поле и ее момент уменьшается, момент рамки R´_p, наоборот, будет увеличиваться. Перемещение рамок продолжается до достижения равновесии М_р = М´_р или:

I₁ В₁ = I´₁ В´₁

I₁ / I´₁ = В´₁/ В₁, (7)

где В₁ и В´₁ –магнитная индукция в зонах расположения рамок R_р и R´_p, Тл.

Так как каждому положению рамки соответствует свое значение магнитной индукции в зазоре магнитного поля, то соотношение В´₁/В₁ является функцией угла поворота рамки φ. Следовательно величина угла поворота подвижной системы зависит от отношения токов, проходящих через рамки и является функцией измеряемого сопротивления R_Т, или температуры термометра:

φ = ƒ (I₁/I´₁) = ƒ (R_Т) (8)

Измерительный комплект, включающий термометр сопротивления и логометр характеризуется наличием не только основных погрешностей (класс точности прибора, отклонение ТС от градуировочной таблицы), но и наличием дополнительных погрешностей, возникающих в результате измерений:

1. изменение сопротивления внешней соединительной линии под влиянием температуры окружающего воздуха;

2. изменение внутреннего сопротивления прибора вследствие значительного изменения температуры помещений. Для уменьшения температурной погрешности прибора приходиться включать последовательно с рамками манганиновые резисторы с большими сопротивлениями. Вследствие чего уменьшается чувствительность в измерительной цепи;

3. механических характеристик измерительного механизма;

4. наличием внешних магнитных полей.

Автоматический уравновешенный мост – является техническим прибором высокого класса точности. Они бывают показывающие, самопишущие с записью на дисковой и ленточной диаграмме.

В автоматических уравновешенных мостах широко используется измерительная схема четырехплечного измерительного моста с реохордом, включенным так, что его движок может изменять положение точки подключения одной из вершин измерительной диагонали по отношению к двум прилежащим плечам моста.

Принципиальная измерительная схема автоматического уравновешенного моста (рис. 3.6) состоит из трех плеч, выполненных из манганиновых резисторов R₁,R₂ и R₃, четвертого плеча, содержащего измеряемое сопротивление термометра R_t, и калиброванного реохорда R_р. К точкам с и d подключен источник питания U_п, а в измерительную диагональ а b – электронный усилитель и реверсивный двигатель М. Положение равновесия мостовых схем соответствует уравнению:

(R₁ + r₁) R_t = (R₂ + r₂)R₃, (9)

при этом напряжение в диагонали а b моста равно нулю. При нарушении равновесия мостовой схемы прибора вследствие изменения сопротивления R_t термометра, по ходу измерения температуры, мост выходит из состояния равновесия. На вход усилителя подается напряжение небаланса с вершин а и b. Это напряжение усиливается усилителем до значения, достаточного для приведения в действие реверсивного двигателя. Выходной вал двигателя, кинематически связанный с движком реохорда и кареткой, передвигает их до тех пор, пока напряжения небаланса, уменьшаясь, не станет равным нулю. При достижении равновесия мостовой схемы ротор двигателя останавливается, а движок реохорда и каретка с указателем занимает положение, соответствующее измеряемому сопротивлению термометра.

Рисунок 3.6 – Принципиальная измерительная схема автоматического

уравновешенного моста

Пределы допускаемой основной погрешности показаний, выраженные в процентах нормирующего значения измеряемой величины, на всех отметках шкалы не должны превышать величины, определяемой классом точности прибора, как для автоматических мостов, так и для логометров. Автоматические мосты выпускаются с классами точности: 0,25; 0,5; 1,0; 1,5 (предел допустимой основной погрешности: ±0,25; ±0,5; ±1,0; ±1,5% соответственно); логометры – 1,0; 1,5 (±1,0; ±1,5% соответственно).

Максимально допускаемое отклонение от градуировочной таблицы термометра сопротивления нормируется в виде абсолютной погрешности. Тип и класс точности указанных средств измерения выбирают в зависимости от требований к точности измерения сопротивления термометра, а вместе с тем и температуры.

Автоматические мосты и логометры выпускают с градуировкой шкалы в градусах Цельсия. При этом их температурная шкала действительна только для термометра сопротивления определенной градуировки и заданного значения сопротивления внешней соединительной линии.