Автоматические компенсационные приборы для работы с малоомными термометрами сопротивления

При измерении малоомными термометрами с чувствительным элементом из платиновой проволоки диаметром 0,2 – 0,5 мм температур до 1000°С и выше приходится измерять сопротивления, соизмеримые с сопротивлением проводов, соединяющих термометр с прибором. Аналогичный случай имеет место и при измерении платиновым термометром низких температур в пределах от –200 до –260°С. В этом случае при температурах, равных –240, –250 и –260°С, платиновый термометр с номинальным значением сопротивления при 0°С R₀ = 100 Ом имеет сопротивление соответственно 2,750; 1,093 и 0,510 Ом.

Автоматические приборы, необходимые для измерения температуры ниже –200°С и выше +650°С с помощью термометров сопротивления, изготавливаются только по специальным заказам.

Рассмотрим одну из схем автоматического компенсационного прибора, для измерения малых значений сопротивления (около 0,1 – 0,01 Ом). Измерительная схема этого прибора имеет высокую чувствительность, что позволяет обеспечить измерение низких температур в промышленных условиях с достаточной точностью, а также измерять температуру с использованием малоомных термометров сопротивления. Применение четырехпроводной схемы присоединения термометра позволило полностью исключить влияние на результаты измерения сопротивления проводов, соединяющих термометр с прибором.

Принципиальная схема автоматического компенсационного прибора переменного тока для измерения и записи низких температур (ниже 0°С) приведена на рис. 6.1. Здесь R_т – термометр сопротивления; R_н – резистор для подгонки начального значения шкалы; R_п.р – приведенное сопротивление реохорда (R_п.р = R_п.р R_п (R_п.р + R_п)^-¹; R_б – балластный резистор для ограничения тока в цепи термометра; Tp_т – трансформатор тока.

Питание измерительной схемы осуществляется напряжением переменного тока 6,3 В, частотой 50 Гц от вторичной обмотки силового трансформатора усилителя. Термометр сопротивления R_т и балластный резистор включены в схему последовательно с первичной обмоткой трансформатора тока Tp_т. Нагрузкой вторичной обмотки трансформатора тока являются резистор R_н и приведенное сопротивление реохорда R_п.р. Рассматриваемая схема прибора позволяет измерять активное сопротивление термометра путем автоматической компенсации напряжения, возникающего на зажимах термометра bc, противоположным ему по фазе напряжением, снимаемым с резистора R_н, и сопротивления реохорда левее движка a.

Рис. 6.1. Принципиальная схема автоматического компенсационного прибора

Когда измеряемая температура, а следовательно, и сопротивление термометра соответствуют начальному значению шкалы прибора, движок реохорда a находится на схеме в крайнем правом положении. В этом случае напряжение на термометре компенсируется напряжением, снимаемым с резистора R_н и реохорда R_п.р:

I₁R_т.н = I₂(R_н+R_п.р) (6.1.1)

где I₁ – ток, протекающий через термометр сопротивления и первичную обмотку трансформатора тока; I₂ – вторичный ток трансформатора; R_т.н – сопротивление термометра, соответствующее начальному значению шкалы прибора.

При нарушении равновесия напряжений вследствие уменьшения сопротивления термометра, а следовательно, и измеряемой температуры на вход усилителя подается напряжение небаланса. Это напряжение усиливается усилителем до значения, достаточного для приведения в действие реверсивного двигателя РД. Выходной вал двигателя, кинематически связанный с движком реохорда и указателем, передвигает их и приводит измерительную схему в равновесие. В этом случае положению равновесия схемы соответствует уравнение

I₁R_т = I₂ (R_н + mR_п.р), (6.1.2)

где m = R'_п.р/R_п.р (здесь R'_п.р – сопротивление участка реохорда левее движка a).

Решая уравнение, приведенное выше относительно R_т, получаем:

R_т = k_I (R_н + mR_п.р) (6.1.3)

где k_I = I₂/I₁ – коэффициент трансформации трансформатора тока.

В последнее уравнение, связывающее измеряемое значение сопротивления термометра с сопротивлением реохорда R_п.р и резистора R_н, входят не значения токов, а их отношения или коэффициент k_I, который в достаточно широких пределах изменения намагничивающего тока имеет постоянное значение. Это позволяет считать, что колебания напряжения питания или изменения сопротивлений токовых проводников термометра, вызывающие изменение тока I₁, на результаты не влияют.