Изучение принципа действия и устройства вторичных приборов для измерения температуры, работающих в комплексе с термометрами сопротивления и их поверка

Цель работы: Изучить принцип действия, устройство, назначение, условия эксплуатации и методику поверки логометров и автоматических электронных мостов.

Задание:

1. При подготовке к лабораторной работе изучить принцип действия, конструкцию, назначение, условия эксплуатации и методику поверки логометров и автоматических электронных мостов.

2. Изучить устройство лабораторной установки и порядок выполнения работы.

3. Изучить расположение всех элементов измерительной схемы внутри корпусов приборов.

4. Выполнить поверку щитового логометра и автоматического электронного моста. Сделать заключение о возможности их дальнейшей эксплуатации.

Методические указания

При подготовке к лабораторной работе необходимо по лекциям изучить принцип действия, конструкции, назначение, области применения, условия эксплуатации и методику поверки щитовых логометров и автоматических электронных мостов.

Логометры и автоматические электронные мосты предназначены для работы в комплексе с термометрами сопротивления или любыми другими датчиками, преобразующими изменение измеряемой физической величины в изменении активного сопротивления.

Упрощенная схема автоматического электронного моста приведена на рис. 1. Назначение элементов схемы: R_Р - сопротивление реохорда; R_ш - сопротивление шунта реохорда; R - сопротивление, определяющее размах шкалы прибора; Rн -сопротивление, определяющее начало шкалы прибора; R_п, R_п' - подгоночные сопротивления (служат для подгонки значений сопротивлений линии R_л, R^'_л до стандартного значения R_л + R_п = R_л' + R_п' = 2,5 Ом ); R_ь R₂, R₃, R₄ - постоянные сопротивления измерительной схемы (все перечисленные выше сопротивления изготавливаются из манганина); Rt - термометр сопротивления; ЭУ - электронный усилитель; РД - реверсивный двигатель.

В основу работы положен принцип автоматического уравновешивания моста. При изменении температуры изменяется сопротивление термометра Rt и нарушается равновесие измерительной мостовой схемы. Напряжение разбаланса ∆Е с диагонали bd поступает на ЭУ. Усиленный сигнал с выхода ЭУ поступает на РД и приводит его ротор во вращение. Двигатель РД перемещает кинематически связанный с ним движок реохорда Rp и стрелку до тех пор, пока измерительный мост не придет в равновесие. В состоянии равновесия напряжение ∆Е в диагонали bd равно нулю, сигнал на выходе ЭУ равен нулю, РД не вращается, а стрелка прибора показывает значение температуры термо­метра сопротивления Rt.

Термометр сопротивления Rt обычно подключается к прибору по трехпроводной схеме (см. рис. 1а), что позволяет уменьшить погрешность измерения, вызванную изменением температуры соединительных проводов Rл, R'л. Чтобы убедится в этом, запишем условия равновесия мостовых схем при трехпроводном подключении (см. рис. 1а) термометра сопротивления:

R2(R_t + R'_робщ +R_н+R_п+R_л)=(R_з+R"_Робщ)(R₁+R^'_п+R^'_л) (1)

и при двухпроводном подключении (см. рис. 1б) термометра сопротивления:

R₂(R_t+R^'_Робщ+R_н+R_п+R^'_п+R_л+R'_л)=(R₃+R"_Робщ)R₁ (2)

Видно, что при двухпроводной схеме (рис. 1б) сопротивления соединительных проводов R_л, R^'_л включены в одно плечо моста и входят в одну сторону условия равновесия (2), а при трехпроводной схеме (рис. 1а) - R_л, R^'_л включены в смежные плечи моста и входят в разные стороны условия равновесия (1). Очевидно, что при двухпроводной схеме изменения сопротивлений соединительных проводов R_л, R^'_л будет нарушать равновесие (2) мостовой схемы значительно сильнее, чем при трехпроводной схеме подключения термометра сопротивления Rt.

Рис. 1. Упрощенная схема автоматического электронного моста

с трехпроводным (а) и двухпроводным (б) подключением термометра сопротивления.

Конструкция магнитоэлектрических логометров похожа на конструкцию милливольтметров (см. рис. 2а), но имеет существенные отличия:

- подвижная часть логометров состоит из двух жестко связанных между собой рамок 1 и 2, помещенных в неравномерный воздушный зазор между полюсными наконечниками 3 и цилиндрическим сердечником 4;

- магнитная индукция В в воздушном зазоре распределена неравномерно (наибольшее значение В имеет в середине полюсных наконечников);

- для подвода тока к рамкам используются три спиральных пружинки 5, причем, эти пружинки устанавливаются так, чтобы они создавали минимальный противодействующий вращающий момент.

Каркасы 6 рамок 1 и 2, грузики 7, постоянный магнит 8 в логометре выполняют те же функции, что и в конструкции милливольтметра.

Угол поворота подвижной части логометра (см. рис. 2а) является функцией отношения токов в рамках: φ=f(I₁/I₂).

Вращающие моменты рамок, через которые протекает ток I₁ и I₂, равны:

M_ВР1=В₁S₁I_1,

M_ВР2=В₂S₂I_2,

где B₁ , В₂ - магнитные индукции при данном положении рамок; S1, S2 - площади рамок; W₁ , W₂ - количество витков в обмотках рамок; I₁ , I₂ - токи в рамках. При разбалансе (изменение соотношения токов I₁/I₂) подвижная система будет вращаться до тех пор, пока не выровняются вращающие моменты, т.е. пока рамка с увеличившимся током I не попадает в участок воздушного зазора с меньшей магнитной индукцией В (и наоборот).

За счёт того, что угол поворота φ рамок зависит от отношения токов φ=f(I₁/I₂), изменение напряжения источника питания в определённых пределах не влияет на показания логометра.

Принципиальная электрическая схема щитового логометра Л-64 (см. рис. 2б) представляет собой неуравновешенный мост. Назначение элементов схемы: R_Р1,R_Р2 -рамки подвижной части логометра, служащие для измерения сигнала разбаланса неуравновешенного моста; R₁, R₂, R₃, R₆ - постоянные плечи моста; БЦ -сопротивление, служащее для изменения угла отклонения стрелки (т.е. для установки верхнего предела измерения); R₅ - медное сопротивление, служащее для температурной компенсации погрешности прибора, вызванной изменением температуры медных обмоток рамок R_P1, R_P2; 0,5-R_Л - катушки, предназначенные для подгонки сопротивлений соединительных проводов (если закоротить зажимы 5-6 и провод с клеммы 3 перенести на клемму 1, то стрелка прибора должна установится на красной отметке шкалы); СВ-4 - источник питания с напряжением +4В; трёхпроводная схема включения термометра сопротивления Rt уменьшает дополнительные погрешности из-за изменения температуры соединительных проводов.

Рис. 2 Устройство логометра магнитоэлектрической системы (а)

и принципиальна электрическая схема (б) щитового логометра Л - 64.

Схема логометра Л-64 работает (см. рис. 26) следующим образом. Если мостовая измерительная схема уравновешена, то разность потенциалов между точками 8-9 равна нулю, падения напряжения на сопротивлениях R₂ и R₃ равны между собой, через рамки R_P1 R_P2 протекают одинаковые токи, отношение токов I₁/I₂=1, стрелка прибора находится в центре шкалы. При повышении температуры увеличится значение сопротивления термометра Rt. Тогда уменьшается ток в ветви 5-6-3-8-7 и падение напряжения на сопротивлении R₃, а ток в ветви 5-2-9-7 и падение напряжения на сопротивлении R₂ увеличатся. Соответственно, уменьшится ток I₁ через рамку R_Р1 ,а ток I₂ через рамку R_Р2 увеличится. Отношение токов станет I₁/I₂< 1, стрелка прибора отклонится влево и покажет новое значение температуры. Аналогично работает схема и при понижении температуры сопротивления Rt.