вать приборы с относительно меньшим термобаллоном. Недостатком паровых манометрических термометров является недостаточный верхний предел измеряемых температур 100-200 °С. Удобнее всего применять манометрические термометры для измерения и регулирования температуры жидкостей, например для указания и сигнализации температуры масла в трансформаторах, в том числе и печных. В электрических печах термобаллоны практически не применяются из-за больших тепловой инерции и размеров термобаллона.

1.3. Электрические термометры сопротивления

Электрические термометры сопротивления основаны на свойстве металлов изменять свое электрическое сопротивление в зависимости от температуры. Такой термометр состоит из элемента сопротивления – датчика, выполненного из тонкой металлической проволоки или ленты, намотанной на каркас, устройства для измерения изменений электрического сопротивления датчика и соединительных проводов.

При измерении температуры датчик погружают в среду, температуру которой надо определить. Зная зависимость сопротивления от температуры, можно по его изменению судить о температуре среды.

Так как элемент сопротивления относительно велик, то с помощью термометра сопротивления можно измерять лишь среднюю температуру среды, а не температуру какой-либо ее точки, что является серьезным недостатком прибора. К преимуществам термометров сопротивления можно отнести высокую степень точности, особенно при сравнительно низких температурах, и возможность включения нескольких датчиков на одно измерительное устройство.

Элементы сопротивления для электрических термометров сопротивления изготавливаются из платины (до 550°С), из меди (до 150°С) и из никеля (до 200°С). Наиболее надежными являются платиновые элементы сопротивления. Они наматываются на слюдяную пластинку или крест и защищаются слюдяным или кварцевым кожухом, а снаружи металлической защитной трубкой,

10

Так как длина рабочей части элемента составляет 120 мм, то минимальное погружение его в среду, температура которой измеряется, составляет не менее 150 мм. Максимальная же длина погружения достигает 1900 мм, так как длина арматуры от нижнего конца до головки может быть около 350 – 2000 мм.

В электрических термометрах сопротивления используются следующие измерительные устройства: уравновешенные мосты Уитстона, неуравновешенные мосты и логометры.

Уравновешенный мост Уитстона применяется в схеме с реохордом (рис. 3,а). Эта схема имеет то преимущество, что в измерительной цепи моста отсутствуют подвижные контакты, которые могут дать ошибку в измерении, так как движок реохорда находится в питающей диагонали моста, сопротивление которой не влияет на правильность измерения. Если мост по схеме рис. 3,а находятся в равновесии, то

Таким образом, каждой температуре элемента сопротивления Rt в уравновешенном состоянии моста соответствует вполне определенное положение движка реохорда, шкала которого может быть отградуирована непосредственно в градусах. Следовательно, процесс измерения температуры с помощью уравновешенного моста Уитстона будет заключаться в нахождении такого положения реохорда, при котором ток в диагонали CD (в нуль-приборе НП) будет равен нулю. В этом случае мост будет уравновешен и искомая температура может быть прочитана на шкале реохорда.

Из 1 видно, что положения движка реохорда, т. е. сопротивления г3 и г4, зависят лишь от значений R1, R2, R3 и Rt, а так как сопротивления R1, R2, и R3 неизменны, то, следовательно, лишь от значения Rt.

11

Поэтому работа уравновешенного моста не зависит от питающего напряжения, от изменений последнего будет зависеть лишь чувствительность моста.

Все входящие в схему сопротивления как постоянные, так и реохорда (за исключением сопротивления Rt – термометра сопротивления), должны выполняться из манганина, чтобы их сопротивление не менялось с изменением окружающей температуры. При этом условии уравновешенный мост в техническом исполнении позволяет производить измерение температуры с погрешностью около 0,5%. При специальном исполнении для лабораторных измерений эта погрешность может быть уменьшена до 0,1% и ниже.

В схеме неуравновешенного моста (рис.3,б) все сопротивления неизменные, они подбираются так, чтобы мост находился в равновесии при температу-

будет проходить ток, который будет зависеть от этой темпе-

ратуры.

Следовательно, неуравновешенный мост имеет то преимущество перед уравновешенным, что он позволяет производить измерения прямо по показанию прибора без каких-либо манипуляций (если не считать производимой периодически проверки напряжения питания). Но, с другой стороны, неуравновешенный мост является менее точным прибором по сравнению с уравновешенным, так как устанавливать отсутствие тока в измерительной диагонали можно с гораздо большей точностью, чем измерять его. Применение прибора класса 1,0 обеспечит погрешность измерения примерно до 1 %, а погрешность

12

всей схемы с прибором может оказаться несколько выше. Другим недостатком неуравновешенного моста является нелинейная шкала его прибора.

Логометр является прибором для сравнения двух электрических величин (токов), если же одна из них не меняется, то он может быть использован как измеритель второй величины, например сопротивления термометра сопротивления.

Недостатком логометра является сравнительно малый угол шкалы – около 60°. Поэтому эти логометры представляют собой относительно грубые приборы класса 1,5.

Таким образом, из трех рассмотренных типов измерительных устройств уравновешенные мосты позволяют получать наибольшую точность измерения, но требуют при каждом измерении манипуляций с реохордом, неуравновешенные мосты менее точны и требуют периодической проверки и подгонки напряжения питания и, наконец, логометры вообще не требуют вмешательства, но являются менее точными приборами.

В настоящее время широко применяются автоматические уравновешенные мосты переменного тока. В этих мостах все операции по перемещению реохорда выполняются автоматически, в то же время они являются наиболее точными приборами.

Соединительные провода между элементом сопротивления и измерительным устройством, выполняются из меди и их сопротивление меняется с изменением окружающей температуры. Для того чтобы свести это влияние до минимума, сопротивление датчиков выбирается большим (50–100 Ом). Для этой же цели может быть использована трехпроводная схема, показанная на рис. 4,

в которой одна из точек питания подводится к элементу сопротивления. В этом случае влияние сопротивления соединительных проводов существенно уменьшается, так как изменение сопротивления в плече Rt частично компенсируется изменением сопротивления в плече Rз.