Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Вторичные приборы для измерения термоэлектродвижущей силы
Наиболее широкое применение для измерения ТЭДС нашли милливольтметры и потенциометры. Милливольтметры – магнитоэлектрические приборы, принцип действия которых основан на взаимодействии подвижного проводника (рамки), по которому протекает ток с магнитным полем постоянного магнита. Между полюсами магнита располагается цилиндрический сердечник, а в кольцевом пространстве – подвижная рамка, выполненная из намотанного медного изолированного провода. Момент противодействия создается спиральными пружинками, которые одновременно служат и для подвода тока к рамке. Этот момент определяется формулой: , (2.4.1) где – коэффициент, зависящий от конструктивных параметров рамки; – магнитная индукция, Т; – сила тока, А.
Этот момент уравновешивается упругим моментом спиральных пружин: (2.4.2) где – коэффициент, зависящий от геометрических параметров пружин; – модуль упругости.
Приравнивая (2.4.1) и (2.4.2), получим: (2.4.3) Учитывая, что – практически величина постоянная, можно записать: , (2.4.4) что позволяет сделать вывод о равномерности шкалы милливольтметра. При подключении к термопаре, развивающей ЭДС , милливольтметра с сопротивлением , ток, протекающий в цепи, определяется следующим выражением: (2.4.5)
Рис. 2.4.1 где – сопротивление термопары, Ом; – сопротивление соединительных проводов, Ом. Откуда , где .
Таким образом, на показания прибора влияет изменение сопротивления милливольтметра и соединительных проводов. Напряжение определяется по формуле
. Из уравнения видно, что чем больше , тем ближе значение к ТЭДС . Практически сопротивление составляет от 100 до 500 Ом. Для исключения влияния температуры окружающей среды на изменение сопротивления соединительных проводов и рамки милливольтметра последовательно с рамкой включают дополнительное манганиновое сопротивление: отношение , где – сопротивление рамки. Сопротивление выбирается из следующего ряда: 0, 6; 1, 6; 5; 15; 25 Ом. Для подгонки сопротивления к этим значениям используют уравнительные манганиновые катушки. В случае подключения к одному милливольтметру нескольких термопар одной градуировки каждая цепь термопары должна быть подогнана под требуемое сопротивление . Приборостроительной промышленностью выпускается большая номенклатура милливольтметров различного типа и класса точности от 0, 5 до 2, 5. В промышленности используются показывающие милливольтметры с двухпозиционным контактным устройством класса 1, 5 в комплекте с термопарами различной градуировки.
На приведенной схеме (рис.2.4.2) источник постоянного напряжения включен последовательно с переменным сопротивлением (калиброванная проволока). Последовательно с термопарой включен чувствительный милливольтметр НП (нуль-прибор), являющийся индикатором тока в цепи термопары. Для измерения ТЭДС движок реохорда перемещают до тех пор, пока стрелка НП не установится на нулевой отметке. Рассмотрим соотношение токов в измерительной цепи. Термопара подключается таким образом, что токи и направлены в одну сторону:
.
Из II закона Кирхгофа:
;
.
Таким образом, при будем иметь: . Так как сила тока на участке цепи равна силе тока во всей цепи, будем иметь: , откуда . В момент компенсации , тогда . Или (с учетом, что реохорд-калиброванное сопротивление): , т.е. ТЭДС не зависит от и . Таким образом, реохорд можно снабдить градуированной шкалой в мВ или °С. Для периодической поверки мостовой схемы применяется также компенсационный метод с использованием гальванического элемента Вестона, имеющего при температуре 20 °С напряжение 1, 0183 В. ЭДС элемента направлена навстречу ЭДС вспомогательного источника тока . С помощью того же индикатора НП и переменного сопротивления осуществляется регулировка так, чтобы НП показывал “0”. В этом случае ток в компенсационной цепи определяется: .
Переводя затем переключатель в положение “П” с помощью реохорда, добиваются равновесия, при этом можно записать: , т.е. сопротивление ТЭДС сводится к измерению участка реохорда. Таким образом, пользуясь этим методом измерения, практически исключается протекание тока по цепи термопары, что исключает влияние сопротивлений самой термопары и соединительных проводов. В этом безусловное преимущество компенсационного метода. В практике применяются разработанные на этом методе переносные потенциометры и образцовые, служащие для точных измерений. В системах технологического контроля применяются автоматические электронные потенциометры. Наибольшее распространение получили автоматические потенциометры типа КСП. Термопара подключается с помощью фильтра - для уменьшения влияния наводок на результаты измерений последовательно с электронным усилителем в одну диагональ мостовой схемы. В другую диагональ подключается источник питания стабилизированный (ИПС). На рис. 2.4.3 – сопротивление шунта; – сопротивление подгонки предела измерения; – установки начала шкалы – балластное сопротивление; и – для регулировки рабочего тока от ИПС.
Резистор предназначен для температурной компенсации температуры свободных концов термопары. Выбор значений токов в ветвях измерительной схемы осуществляется исходя их следующих требований: - токи должны обеспечить требуемые падения напряжения на реохорде и сопротивлениях; - ток должен быть незначительным и не вызывать нагрева сопротивлений схемы. В соответствии с этими требованиями ток выбран равным 5 мА, при этом мА и мА. По заданным пределам температуры и выбирается требуемый тип термоэлектрического термометра и по ее градуировочным таблицам определяют предельные значения ЭДС и . Предел измерения: . Сопротивление: , где – ток, протекающий по сопротивлению ; – ЭДС нормального элемента, В.
Падение напряжения на приведенном сопротивлении цепи реохорда, состоящей из трех параллельно включенных сопротивлений , и , должно быть равно заданному пределу измерения: . Отсюда . Эквивалентное сопротивление принимают 90, 100 или 300 Ом. Тогда , где – коэффициент, учитывающий нерабочие участки реохорда, . После преобразования получим: . Сопротивление определяется следующим образом. При минимальном значении параметра .
Отсюда . Потенциометры построены по блочному принципу. Блоки и отдельные элементы располагаются внутри корпуса на выдвижном кронштейне. Соединение между блоками осуществляется с помощью штепсельных разъемов. Регулятор лентопротяжного механизма позволяет перемещать ленточную диаграмму с различными скоростями. Их переключение возможно без выключения прибора с помощью рукоятки, расположенной на лицевой части кронштейна. Печатающее устройство многоточечных приборов выполнено в виде барабана с нанесенными на нем цифрами. Потенциометры выпускаются различных типов. В частности, приборы показывающие, одноточечные малогабаритные, показывающие и самопишущие с ленточной диаграммой. Тоже многоточечные (1, 3, 6 и 12 точек). С дисковой диаграммой, и, наконец, со складывающейся на 1, 3, 6 и 12 точек измерения и регистрации. Относительная погрешность измерения 0, 25. В потенциометры могут быть встроено реостатное устройство для дистанционной передачи информации, реостатный задатчик и устройство аварийной сигнализации, двух-, трехпозиционные регулирующие устройства, пневморегуляторы, регулирующие по ПИД-закону. Реостатный задатчик может работать с пропорциональным (П), пропорционально-интегральным (ПИ) и пропорционально-интегрально-дифференциальным (ПИД) электрическими регулирующими устройствами. Многоточечные приборы снабжены переключателем, автоматически подключающим к измерительной схеме по очереди все датчики. После наступления равновесия печатающий механизм каретки ставит точку с порядковым номером датчика. Динамические свойства автоматического потенциометра характеризует функция: ,
где , – время прохождения указателем шкалы прибора, составляет 1-10 с.
|