Лекция № 20

Глава 6. Приборы, работающие в комплекте с термоэлектрическими преобразователями

6.1. Милливольтметры пирометрические

План

1 Назначение. Конструкция. Принцип действия

2 Принципиальная электрическая схема милливольтметра типа Ш4500

3 Измерение температуры в нескольких точках одним милливольтметром

1 Назначение. Конструкция. Принцип действия

Милливольтметры пирометрические предназначены для измерения температуры в комплекте с термоэлектрическими преобразователями номинальных статических характеристик преобразования. Они также могут применяться для измерения других величин, которые в первичных приборах преобразуются в изменение напряжения постоянного тока. Пирометрические милливольтметры являются приборами магнитоэлектрической системы. Принцип действия милливольтметра основан на взаимодействии проводника, по которому течет ток, с магнитным полем. Магнитное поле милливольтметра (рис. 6.1) создается постоянным магнитом 1. В кольцевом зазоре между полюсными наконечниками 2 и сердечником 3 расположена рамка 5, выполненная из большого числа витков тонкой медной проволоки в эмалевой изоляции, скрепленных между собой лаком. С обеих сторон по центру рамки установлены полуоси 7, на которых рамка может поворачиваться в опорных подшипниках 5. В верхней полуоси прикреплен кронштейн 9 со стрелкой 10 и противовесом 4. Для создания противодействующего момента и подвода тока от термоэлектрического преобразователя имеются две плоские спиральные пружины 6 из фосфористой бронзы. Внутренние концы пружин прикреплены к полуосям рамки. Наружный конец одной пружины связан с неподвижным основанием, а другой — с корректором. Корректором при отсутствии тока в рамке устанавливают стрелку 10 на нулевую отметку шкалы 11. При подключении к милливольтметру термопреобразователя (рис. 6.2) по виткам рамки протекает ток.

I = E_АВ/(R_t + 2R_к + R_y + R_mV + 2R_с), (6.1)

где E_АВ — ТЭДС термоэлектрического преобразователя; R_t — сопротивление термоэлектрического преобразователя; R_к — сопротивление удлиняющих термоэлектродных проводов; R_c — сопротивление медных проводов; R_mV —внутреннее сопротивление милливольтметра, равное : R_y — сопротивление манганиновой катушки для подгонки сопротивления внешней линии; r1 —сопротивление терморезистора; r2 — шунтирующий резистор.

При взаимодействии этого тока с магнитным полем постоянного магнита появляется вращающий момент, под действием которого рамка и стрелка поворачиваются. Рамка продолжает двигаться, пока противодействующий момент, созданный спиральными пружинами 6, уравновесит вращающий момент. Интенсивность магнитного поля в кольцевом зазоре постоянна, поэтому поворот рамки пропорционален току I, протекающему от термопреобразователя через витки рамки

(6.2)

где — угол поворота рамки; k — коэффициент пропорциональности.

Каждому установившемуся значению тока в рамке соответствует только одно определенное положение стрелки. При постоянных значениях R_t R_к, R_y, R_mV ток будет зависеть только от ТЭДС термоэлектрического преобразователя Е_АВ. В свою очередь, ТЭДС пропорциональна температуре рабочего конца термоэлектрического преобразователя, поэтому поворот рамки также пропорционален температуре рабочего конца термопреобразователя. Чтобы ток I зависел только от ТЭДС термопреобразователя, сопротивление внешней цепи Rвн = R_t + 2R_к + R_y + 2R_с должно быть точно равно значению, указанному по шкале прибора, т.е. значению, при котором производилась градуировка шкалы прибора. Обычно градуировочное внешнее сопротивление R_вн составляет 0,6; 1,6; 3,5; 15 и 25 Ом. Сопротивление внешней цепи подгоняют до значения, указанного на шкале прибора, подгоночной катушкой R_у.

Для уменьшения погрешности, вызванной изменением температуры окружающей среды, в месте прокладки проводов внутреннее сопротивление милливольтметра делается достаточно большим за счет подключения последовательно с витками рамки добавочного сопротивления R_д, выполненного из манганина. При наличии добавочного резистора R_д изменение сопротивления внешней цепи не будет существенно сказываться на величине тока, протекающего через рамку. Изменение температуры воздуха, окружающего прибор, изменяет сопротивление рамки. При постоянной ТЭДС термопреобразователя это приводит к изменению тока, протекающего через прибор, и соответствующему изменению его показаний. Для уменьшения изменения показаний милливольтметра при изменении температуры среды последовательно с рамкой включен полупроводниковый терморезистор r1 (см. рис. 6.2), имеющий отрицательный температурный коэффициент сопротивления. При изменении температуры среды, окружающей милливольтметр, изменяется сопротивление медной проволоки R_p рамки. На такую же величину, но в противоположном направлении, изменяется и сопротивление терморезистора r1, включенного последовательно с рамкой. Поэтому внутреннее сопротивление милливольтметра остается постоянным. Для выпрямления нелинейной характеристики терморезистора он шунтируется резистором r2, выполненным из манганина.