2. Методы измерения температуры с помощью термометров сопротивления. Уравновешенные мосты

В качестве вторичных приборов в комплекте с термометрами сопротивлений обычно применяются уравновешенные мосты, реже - логометры и неуравновешенные мосты. Уравновешенные мосты делятся на лабораторные неавтоматические и производственные автоматические.

Рассмотрим принципиальную схему лабораторного уравновешенного моста (рис. 2).

Термометр сопротивления , величина электрического сопротивления которого должна быть измерена, включается в одно из плеч моста посредством соединительных: проводов, имеющих сопротивление .

Другие плечи моста состоят из постоянных манганиновых сопротивлений и , и переменного калибровального сопротивления реохорда , выполненного также из манганина. К одной диагонали моста (ас) подведено питание постоянного или переменного тока, а другую диагональ моста (bd) включен нуль-гальванометр.

Р ис. 2. Схема уравновешенного моста

При равновесии моста, когда перемещением движка реохорда добиваются отсутствия тока через нуль-гальванометр ( ) удовлетворяется равенство:

, (1)

откуда

. (2)

При изменении измеряемой температуры величина электрического сопротивления изменится и мост разбалансируется. Чтобы восстановить равновесие, необходимо при постоянных сопротивлениях , и изменять величину сопротивления реохорда , перемещая его движок. Таким образом, если откалибровать сопротивление по эталонным резисторам, то по положению его движка при равновесии моста можно однозначно судить о величине сопротивления и, зная зависимость , об измеряемой температуре.

3. Автоматический уравновешенный мост типа ксм-4

Автоматические уравновешенные мосты для измерения сопротивлений используют двухпроводную или трехпроводную схему подключения к термометру сопротивления.

Измерительная схема автоматического уравновешенного моста переменного тока типа КСМ-4 с двухпроводной схемой подключения к термометру сопротивления представлена на рис. 3.

Мост состоит из четырёх плеч (c вершинами abcd), два из которых имеют постоянные сопротивления и , а третье - сопротивление, предназначенное для подгонки нижнего предела измерения прибора.

В четвёртое плечо входит термометр сопротивления и две уравнительные катушки и ( = ). В вершине d моста имеется реохорд с параллельно включенными резисторами и . Резистором (шунт) ограничивают силу тока, протекающего через реохорд с целью уменьшения возможности подгорания контакта в подвижной части реохорда (в точке d). Величиной резистора определяют верхний предел измерения прибора исходя из расчета приведенного сопротивления R_П:

.

Для ограничения величины тока, последовательно с зажимами питания измерительной схемы моста, включается сопротивление .

Рис. 3. Двухпроводная схема подключения автоматического

уравновешенного моста

При изменении температуры среды сопротивление термометра изменяется и в диагонали моста между точками b и d возникает ток небаланса. Последний подается на вход электронного усилителя ЭУ, заменяющего в автоматических мостах нуль-гальванометр. Усиленный по напряжению и мощности, сигнал небаланса определенной фазы поступает на реверсивный двигатель РД.

Вращаясь в ту или иную сторону (в зависимости от знака небаланса) реверсивный двигатель перемещает движок реохорда d и показывающую стрелку до тех пор, пока измерительный мост не придёт в состояние равновесия, т.е. когда ток не станет меньше зоны нечувствительности усилителя (т.е. условно в диагонали bd ток будет отсутствовать).

Уравнение равновесия имеет вид:

R₁∙R_п = R₂^.(R₄ + R_t + 2R_у).

На оси реохорда находится кулачок, по профилю которого скользит рычажок, кинематически связанный тягами с записывающим пером, скользящим по диаграммной бумаге. Диаграмм-ная бумага перемещается синхронным двигателем СД с определенной скоростью.

При градуировке приборов сопротивление каждого провода, идущего от термометра до прибора, принято 2,5  0,01 Ом. Если сопротивление каждого провода будет меньше 2,5 Ом, то в соединительную линию последовательно включаются добавочные манганиновые сопротивления и , дополняющие сопротивления каждого провода до 2,5 Ом.

При колебаниях температуры окружающей среда величина сопротивления соединительных проводов будет изменяться. Как следует из уравнения (2), это приведёт к дополнительной погрешности в показаниях автоматического уравновешенного моста.

В тех условиях, когда колебания температуры, окружающей соединительные провода, значительны и погрешность при измерении может превысить допустимую величину, применяют трехпроводную систему подключения термометра.

Трехпроводная схема подключения моста представлена на рис. 4.

Р ис. 4. Трехпроводная схема подключения моста

В этом случае уравнение равновесия принимает вид:

(R₁ + R_у)^.R_П  R₂^.(R₄ + R_t + 2 R_у).

Сопротивление соединительных проводов R_у входит в обе части уравнения и частично компенсируется.