Измерительные схемы термометров сопротивлений

Для точных измерений температуры и метрологической аттестации

ТС получили применение мосты постоянного тока. Рассмотрим че-

тырехплечий мост постоянного тока (рис. 3.3, а). Введем следующие

основные понятия: а, Ь, с, d — вершины моста; ad, db, be, са — пле-

чи моста; ab — диагональ питания', cd — измерительная диагональ',

acb и adb — ветви моста; Rx, R2, R^ и R4 — сопротивления плеч мо-

ста. Плечи моста, не имеющие общей точки соединения, называют-

ся противоположными (ас и db), а имеющие ее — смежными (ас и

ad). Измерения с помощью мостов основаны на способности мосто-

вых схем находиться в состоянии равновесия — это состояние, при

котором напряжение на измерительной диагонали равно нулю при

наличии напряжения питания.

Для вывода уравнения равновесия моста воспользуемся вторым

законом Кирхгофа: сумма напряжений в замкнутом контуре равна

нулю. Для контура cdbc сумма напряжений, действующих в нем,

равна нулю:

При равновесии моста напряжение на его измерительной диаго-

нали равно 0, следовательно, равенство (3.5) примет вид

Словесная формулировка условия равновесия моста — при равно-

весии моста произведения сопротивлений его противоположных

плеч равны между собой.

Для измерения температуры посредством ТС используются авто-

матические уравновешенные мосты с переменным отношением плеч;

упрощенная схема такого моста с трехпроводной линией связи по-

казана на рис. 3.3, б. Автоматическими мосты называются потому,

что состояние равновесия в них достигается без участия человека с

помощью следящей системы. Элементы моста рассчитываются таким

образом, чтобы при начальном значении сопротивления ТС движок

реохорда находился в одном из крайних положений. Для получения

линейной зависимости положения движка реохорда от изменения

сопротивления резистора RƟ последний включается в плечо, приле-

жащее к реохорду Rэр. В качестве нуль-индикатора в автоматических

мостах используется электронный усилитель (ЭУ). При равновесии

моста напряжение на его измерительной диагонали cd равно нулю

(∆U= 0).

При изменении температуры 0 изменяется сопротивление Re и

мост выходит из равновесия, т.е. в диагонали cd появляется напря-

жение небаланса ∆U, которое усиливается ЭУ до значений, достаточ-

ных для вращения ротора реверсивного двигателя (РД) в соответ-

ствующую сторону, в зависимости от знака напряжения небаланса.

Вал РД, связанный с движком реохорда, перемещает его до тех пор,

пока ∆Uне станет равным нулю. Одновременно с движком реохорда

перемещается стрелка, указывающая по шкале положение движка X

(значение измеряемой температуры).

При изменении 0 от минимального до максимального значения

измеряемой температуры движок перемещается из одного крайнего

положения в другое.

Сопротивление эквивалентного реохорда Rэр (рис. 3.3, в) пред-

ставляет собой параллельное соединение трех резисторов: рабочего

реохорда Rp, сопротивления шунта Rш и резистора Rп, определяюще-

го диапазон измерения.

Параллельно соединенные резисторы Rp и Rш образуют так на-

зываемый стандартный реохорд (его сопротивление обычно состав-

ляет 90 или 130 Ом), а все три резистора — так называемый эквива-

лентный реохорд.

Параметр X характеризует координату положения движка эквива-

лентного реохорда R3p в каждый момент времени в соответствии с

текущим значением измеряемой температуры и равен

При λ = 0 движок находится в левом конце реохорда, при λ = 1 —

в правом конце реохорда, при 0 < λ < 1 движок занимает промежуточ-

ное положение.

Таким образом, координата положения движка X в каждый момент

времени соответствует текущему значению измеряемой температуры

ТС, причем зависимость ее от приращения измеряемого сопротив-

ления ДRe линейна. Так как сопротивление медного термометра со-

противления типа ТСМ линейно зависит от температуры, шкала

моста, работающего в комплекте с ним, проградуированная в едини-

цах измерения температуры, тоже линейная, или равномерная. Мо-

сты, работающие с платиновыми термометрами сопротивления типа

ТСП, имеют нелинейную шкалу.

В реальных условиях эксплуатации ТС размещен на технологиче-

ском объекте и удален от измерительного моста на сотни метров.

В этом случае он соединяется с измерительным мостом, как правило,

медными изолированными проводами, которые называются линиями

связи Rn. При изменении температуры окружающей среды сопро-

тивление проводов тоже изменяется, что влияет на точность измере-

ния. Степень этого влияния сопротивления линии связи на результат

измерения зависит от схемы подключения ТС к измерительной схеме

моста, т. е. от количества проводов (двух-, трех- и четырехпроводные

схемы). Наибольшее распространение получили трехпроводные схе-

мы включения, в которых влияние сопротивления линии связи не-

значительно.

В настоящее время широкое распространение получили пре-

образователи сопротивления ТС в унифицированный электриче-

ский сигнал, что позволяет подключать терморезисторы сразу к

контроллеру. Принцип действия такого преобразователя рассмотрен

в гл. 9.