65. Термоэлектрические амперметры.

Термопреобразователь представляет собой сочетание одной или нескольких термопар и нагревателя, по которому протекает измеряемый ток . Соединение термопреобразователя с магнитоэлектрическим ИМ (измерительный механизм) образует термоэлектрический измерительный прибор. Термопреобразователи могут быть контактные и бесконтактные, т.е. изолированные термопары и нагреватель. У контактных термопреобразователей термопара имеет с нагревателем как тепловой, так и гальванический контакт. Бесконтактные гальванического контакта не имеют, а тепловой контакт обеспечивается за счет твердого диэлектрика с высокой теплопроводностью. Наиболее часто для этого используется стекло. Вследствие этого у них отсутствует шунтирование цепи нагревателя ИМ, что позволяет повысить точность измерения. Однако чувствительность таких преобразователей ниже, чем у контактных, из-за худших условий теплопередачи от нагревателя к термопаре. Повысить их чувствительность можно путем последовательного соединения нескольких термопар в так называемые термобатареи. Термо-э.д.с. на выходе такой батареи в n раз больше, чем у преобразователя с одной термопарой ( – количество термопар в батарее). К недостаткам бесконтактных преобразователей следует отнести большую по сравнению с контактными, инерционность. С учетом вышесказанного, термоэлектрический амперметр можно представить в следующем виде (рисунок 2.7):

Рисунок 2.7 - Термоэлектрический амперметр

а – с контактным термопреобразователем

б – с бесконтактным термопреобразователем

Получим уравнение преобразования такого термоэлектрического амперметра. При протекании через нагреватель измеряемого тока он будет нагреваться, и на свободных концах термопары возникает термо-э.д.с.

, (2.20)

где – коэффициент, зависящий от свойств преобразователя.

Под воздействием через амперметр будет протекать ток , равный

, (2.21)

где - сопротивление термопреобразователя.

С учетом этих выражений уравнение преобразования амперметра запишется в виде:

, (2.22)

где - чувствительность термоэлектрического амперметра.

Как видно из полученного уравнения преобразования (2.22) термоэлектрические амперметры могут использоваться для измерения как постоянного, так и переменного тока. Однако практически их не применяют для измерения постоянных токов, так как в этом случае можно использовать непосредственно сам магнитоэлектрический амперметр без преобразователя. При измерении переменного тока показания амперметра не зависят от формы кривой измеряемого сигнала, и измеряет он всегда среднеквадратическое значение переменного тока.

К другим достоинствам таких амперметров можно отнести также широкий частотный диапазон, в котором они могут работать при достаточно высокой точности. Современные амперметры имеют диапазон рабочих частот от постоянного тока до ста мегагерц. На более высоких частотах погрешность измерения существенно увеличивается из-за увеличения сопротивления нагревателя вследствие поверхностного эффекта, а также из-за влияния паразитных реактивностей термоэлектрического преобразователя (особенно контактного) и может достигать (5 – 10)%. Класс точности термоэлектрических амперметров лежит в пределах 1,0 – 4,0.

К недостаткам термоэлектрических амперметров следует отнести:

• зависимость их показаний от изменения температуры окружающей среды;

• большое собственное потребление мощности (0,01 – 1) Вт;

• боязнь к перегрузкам;

• малый срок службы термопар, при смене которых требуется градуировка прибора;

• квадратичность шкалы.

Однако все эти недостатки не имеют принципиального значения по сравнению с основным достоинством термоэлектрических амперметров, которым является их возможность прямого измерения переменного тока вплоть до частот, на которых понятие тока еще имеет физический смысл. Это обеспечивается конструкцией термопреобразователей, которые и определяют основные характеристики амперметров.

В реальных термоэлектрических амперметрах последовательно с ИМ включается подгоночный резистор для регулировки чувствительности прибора при смене преобразователей. Он выполняется из манганина и одновременно служит как термокомпенсирующий элемент для снижения температурной погрешности. Расширение пределов измерений до 1 А осуществляется путем переключения отдельных преобразователей с различной чувствительностью, а свыше 1 А – с помощью измерительных трансформаторов тока.