22174

ТЕРМОСОПРОТИВЛЕНИЯ

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

4 Преобразователи промышленных термометров сопротивления.19 Измерительные цепи термометров сопротивления. Термосопротивлением называется проводник или полупроводник с большим температурным коэффициентом сопротивления находящийся в теплообмене с окружающей средой вследствие чего его сопротивление резко зависит от температуры и поэтому определяется режимом теплового обмена между проводником и средой.

Русский

2013-08-04

1.45 MB

124 чел.

ТЕРМОСОПРОТИВЛЕНИЯ

Содержание          Стр.

  1.  Принцип действия и пути использования

термосопротивлений…………………………………………………2

  1.  Разновидности термосопротивлений, применяемые

материалы и основы расчета………………………………………..4

  1.  Преобразователи промышленных термометров

сопротивления……………………………………………………….19

  1.  Измерительные цепи термометров сопротивления.

Температурная погрешность. Погрешности от тепловых

потерь………………………………………………………………..23

  1.  Контрольные вопросы………………………………………………28
  2.  Список литературы………………………………………………….29

  1.  Принцип действия и пути использования термосопротивлений.

Термосопротивлением называется проводник или полупроводник с большим температурным коэффициентом сопротивления, находящийся в теплообмене с окружающей средой, вследствие чего его сопротивление резко зависит от температуры и поэтому определяется режимом теплового обмена между проводником и средой. Теплообмен проводника с окружающей средой происходит различными путями: конвекцией, теплопроводностью среды, теплопроводностью самого проводника и излучением.

К факторам, определяющим интенсивность теплообмена проводника со средой, следует отнести:

а) температуру газовой или жидкой среды, самого проводника и арматуры;

б) физические свойства газовой или жидкой среды (например, плотность, теплопроводность, вязкость);

в) скорость газовой или жидкой среды;

г) геометрические размеры проводника и состояние его поверхности;

д) геометрические размеры и форму арматуры, к которой крепится проводник.

Зависимость температуры проводника, а следовательно, и его сопротивления от перечисленных факторов можно использовать для измерения различных неэлектрических величин, характеризующих газовую или жидкую среду: температуры, скорости, концентрации, плотности (вакуума). При конструировании соответствующих преобразователей следует стремиться к тому, чтобы все факторы, за исключением измеряемой величины, возможно меньше влияли на температуру проводника при тепловом равновесии, иначе говоря, чтобы теплообмен проводника и среды определялся в основном только измеряемой величиной (скоростью среды, температурой и т. д.).

Во всех случаях использования термосопротивлений для измерения указанных неэлектрических величин следует стремиться к максимальному уменьшению потерь, обусловленных теплопроводностью самого проводника и лучеиспусканием, ибо эти потери вызывают уменьшение чувствительности прибора и погрешность измерения.

Часто термосопротивлением является тонкая проволока диаметром 0,02—0,06 мм и длиной 5—20 мм, концы которой укреплены в массивных держателях. Теоретические и экспериментальные исследования показали, что при отношении длины l к диаметру d проволоки порядка 500 и выше потерями тепла через теплопроводность самой проволоки от центра к держателям можно пренебречь. В ряде случаев, когда термосопротивление работает, например, в открытом газовом потоке или когда температура проволоки отличается от температуры окружающей среды или стенок не очень сильно (не больше чем на 100 град), потери на излучение также можно не учитывать.

Когда потерями на лучеиспускание и теплопроводность проволоки пренебречь нельзя, их можно учесть градуировкой, если, конечно, эти потери сохраняют во время эксплуатации то же значение, что и при градуировке.

Для решения практических вопросов, связанных с расчетом термосопротивлений, весьма часто приходится прибегать к теории подобия, которая является научной основой постановки эксперимента и обобщения результатов опыта.

2.Разновидности термосопротивлений, применяемые материалы и основы расчета

Приборы для измерения температуры, в которых в качестве преобразователя используются термосопротивления, называются термометрами электрического сопротивления или термометрами сопротивления. Термосопротивления, используемые в приборах для измерения температуры, работают при малой нагрузке током, с тем, чтобы тепло, выделяемое током в термосопротивлении, было минимальным по сравнению с теплом, получаемым от испытуемой среды.

Основным требованием к материалам, применяемым для преобразователей термометров сопротивления, является возможно больший и стабильный температурный коэффициент электрического сопротивления при достаточно большом удельном сопротивлении. В этом отношении большой интерес представляют объемные полупроводниковые термосопротивления, имеющие значительно больший температурный коэффициент электрического сопротивления по сравнению с проводниковыми термосопротивлениями.

Проводниковые термосопротивления применяются в преобразователях промышленных термометров сопротивления. Такие преобразователи изготовляются главным образом из чистых металлов. Большинство химически чистых металлов обладает положительным температурным коэффициентом сопротивления, колеблющимся (в интервале 0—100°С) от 0,35 до 0,68% на 1 град.

Проволока из сплавов высокого сопротивления не может быть использована для намотки преобразователей термометров сопротивления, так как температурный коэффициент ее незначителен.

Наибольшее распространение для изготовления преобразователей термометров сопротивлений имеют платина, медь и никель.

Для градуировки приборов с термометрами сопротивления термосопротивление заменяется магазином сопротивлений. Сопротивление преобразователя подсчитывается для каждой градуируемой точки шкалы и устанавливается на магазине, заменяющем преобразователь в цепи прибора. Поэтому вопрос о расчете сопротивления преобразователя при различных температурах необходимо рассмотреть более подробно.

Зависимость сопротивления металлов от температуры не является линейной. Для платины зависимость сопротивления от температуры t в пределах от 0 до + 660°С выражается уравнением

Rt=R0(1+At+Bt2),

где R0 — сопротивление при 0°С. Для чистой платины A== 3,940*10-3 1/град2 B=-5,8*10-7 1/град2. В интервале от 0 до –190°С зависимость сопротивления платины от температуры имеет вид

Rt= R0[1+At+Bt2+C(t - 100)3],

где С=-4*10-12 1/град.

Для меди при расчете сопротивления, соответствующего   температуре t, пользуются обычно двухчленной формулой

Rt= R0[1+α 0(t - t0)],  (2.1)

где R0 — сопротивление при температуре 0C;

α0 – температурный коэффициент для интервала температур, начинающегося от t0.

Согласно ГОСТ на термометры сопротивления, медная проволока для термометров сопротивления должна удовлетворять отношению R100/R0= 1,427 ± 0,001.

Формула (2.1) выражает линейную зависимость сопротивления от температуры, мало отличающуюся от действительной зависимости. При этом следует помнить, что сопротивление R0 должно соответствовать начальной температуре того интервала температур, для которого задано значение α0.

Действительно, положим, что значение α0 задано для интервала температур от t0 до tК (рисунок 2.1). Тогда сопротивление R преобразователя в функции температуры t выразится участком прямой AB между абсциссами 1 и 2.

.  

Рисунок 2.1 Зависимости сопротивления от температуры

Для температуры t в рассматриваемом интервале температур можно написать

Если сравнить это выражение с формулой (2.1), то получим

;    

Таким образом, значение α0 определяется не только углом наклона характеристики материала термосопротивления, но и значением R0. Это обстоятельство требует осмотрительности при пользовании табличными значениями температурного коэффициента сопротивления.

Поясним сказанное примером. Положим, что в интервале температур от t0 до tk известно сопротивление R1 при температуре t1, и требуется найти сопротивление R2 при температуре t2 (см. рисунок 2.1).

Применять для решения этой задачи формулу

             (2.2)

нельзя, так как значение α0 определено для R0, а не для R1.

Правильным будет следующее решение:

,

где неизвестное значение R0 необходимо найти по заданному R1 из выражения

Таким образом, искомое значение R2 будет определяться выражением  (2.3)

Пользование формулой (2.2) вместо формулы (2.3) может привести к значительным погрешностям.

В настоящее время в тех случаях, когда зависимость сопротивления от температуры может быть принята линейной, широко применяют другое выражение, не требующее столь большой осторожности при пользовании справочным материалом.

Пусть зависимость сопротивления от температуры (см. рисунок 2.1) задана прямой AB. Продолжим эту прямую до пересечения с осью абсцисс в точке M. Из рисунка 2.1 видно, что

,  (2.4)

откуда

.

Последнее выражение является общим для любых двух температур, отсчитанных от 0°С, и очень удобно для вычислений; необходимо лишь найти значение τ по заданному α0 (при t0 = 0).

Из выражения (2.4) имеем

.

Сравнивая это выражение с уравнением (2.1) при t0 == 0, имеем

,

откуда

Для меди, например, в интервале температур от 0 до 100°С α0=0,00427 и τ=234. Понятие τ лишено физического смысла и является лишь удобной для расчетов величиной.

Вопрос о выборе преобразователя термометра сопротивления из того или другого металла решается в основном химической инертностью металла в измеряемой среде в интересующем интервале температур. С этой точки зрения медный преобразователь можно применять только до температур порядка 180°С в атмосфере, свободной от влажности и коррелирующих газов. При более высоких температурах медь окисляется. Изоляцией для медной проволоки могут служить эмаль, шелк. Кроме того, недостатком меди является ее малое удельное сопротивление. Нижний предел температуры для медных преобразователей термометров сопротивления равен -50°С.

Никель, при условии хорошей изоляции от воздействия среды, можно применять до 250—300°С, так как при более высоких температурах зависимость R=f(t) для него неоднозначна. Линейную зависимость сопротивления от температуры можно принять только для температур не выше 100°С; в этих пределах т для чистого никеля равно 150—170. Ввиду неопределенности температурного коэффициента никеля последовательно с никелевой проволокой обычно включают манганиновое сопротивление, снижающее температурный коэффициент преобразователя термометра до расчетного значения. Основным преимуществом никеля является большая величина удельного сопротивления (ρ=0,075 - 0,085 ом*мм2/м).

Наиболее часто для намотки термометров сопротивления используется платиновая проволока вследствие ее химической инертности. Однако платину нельзя применять в восстановительной среде (углерод, пары кремния, калия, натрия и т. д.). Платиновые термометры сопротивления используют обычно от -200 до +650°С (хотя верхним пределом их применения можно считать 1000 — 1200°С), так как при температурах выше 500°С более практичны термопары.

Полупроводниковые термосопротивления. Полупроводниковые объемные термосопротивления изготовляют из смеси окислов различных металлов (например, CuO, CoO, MnO). В процессе изготовления термосопротивления подвергают обжигу при высокой температуре. При обжиге окислы спекаются в прочную массу, образуя химическое соединение.

Величина сопротивления Rt полупроводника характеризуется зависимостью

,  (2.5)

где A - постоянная, зависящая от физических свойств полупроводника, размеров и формы термосопротивления;

B - постоянная, зависящая от физических свойств полупроводника;

T - температура термосопротивления в градусах абсолютной шкалы;

е - основание натуральных логарифмов.

Температурный коэффициент полупроводникового термосопротивления отрицательный, достигает значений от -2,5 до -4 проц/град, что в 6—10 раз больше температурного коэффициента металлов, и сильно зависит от температуры:

.

Рисунок 2.2 Устройство полупроводниковых термосопротивлений

а) ММТ-1, КМТ-1 и б) ММТ-4, КМТ-4

Конструктивно термосопротивления изготовляют в виде стержней, шайб, дисков и бусинок. На рисунке 2.2 показано устройство полупроводниковых термосопротивлений типов ММТ и КМТ. Термосопротивления типов ММТ-1 и КМТ-1 (рисунок 2.2.а) представляют собой полупроводниковый стержень 1, покрытый эмалевой краской, с контактными колпачками 2 и выводами 3. Эти типы термосопротивлений могут быть использованы лишь в сухих помещениях. Термосопротивления типов ММТ-4 и КМТ-4 (рисунок 2.2.б) смонтированы в металлических корпусах 2 и герметизированы, благодаря чему они могут быть применены в условиях любой влажности и любой среды, не являющейся агрессивной относительно корпуса термосопротивления. Герметизация осуществлена стеклом 3 и оловом 4. Стержень 1 в термосопротивлении ММТ-4 обернут металлической фольгой 5. Эти термосопротивления выпускаются на номинальные значения сопротивления от 1000 до 200 000 ом (при + 20°С) и пригодны для работы в диапазоне температур от -100 до + 120°С.

Особый интерес представляют миниатюрные полупроводниковые термосопротивления, применяемые для измерения температуры малых объектов и измерения переменных во времени температур. В качестве примера миниатюрного термосопротивления на рисунке 2.3 изображено термосопротивление МКМТ-16 бусинкового типа.

Рисунок 2.3 Устройство термосопротивления МКМТ-16

Объемное сопротивление выполнено в виде шарика диаметром около 0,8 мм с выводами из платиновой проволоки диаметром 0,05 мм, к концам которых приварены проводники из нихромовой проволоки диаметром 0,1 мм. Корпус термосопротивления сделан из стекла.

Термосопротивления МКМТ-16 изготовляют на номинальные значения сопротивлений 2700 и 5100 ом при 20°С (коэффициент B=3400°К). Они предназначены для работы в диапазоне температур от -60 до + 120°С, в диапазоне давлений от 1 мм рт.ст. до 100 ат, в условиях вибрации с ускорениями до 15 g и в условиях ударной тряски при ускорениях до 12 g. Миниатюрные полупроводниковые термосопротивления обладают малой тепловой инерцией — порядка нескольких секунд.

Недостатками полупроводниковых термосопротивлений являются нелинейность зависимости их сопротивления от температуры (рисунок 2.4) и значительное отклонение от образца к образцу как номинального значения сопротивления (более ±30), нормируемого обычно при 20°С, так и характера зависимости сопротивления от температуры (отклонения значений температурного коэффициента достигают ± 5% и более). Это затрудняет получение линейных шкал термометров и обеспечение взаимозаменяемости термосопротивлений, необходимой при массовом производстве термометров с термосопротивлениями. Чтобы улучшить вид шкалы и обеспечить взаимозаменяемость, термосопротивление приходится включать в измерительную цепь в виде комбинации с термонезависимыми сопротивлениями (манганиновыми, МЛТ, БЛП и т. д.). Подобную комбинацию термосопротивления с другими сопротивлениями, включаемыми для исправления его характеристики, будем называть корректированным термоэлементом.

Рисунок 2.4 Зависимости сопротивления от температуры медного (1) и полупроводникового (2) термосопротивлений

Схемы корректированных термоэлементов приведены на рисунке 2.5. Простейшей схемой корректированного термоэлемента является схема рисунок 2.5.а. Здесь параллельно термосопротивлению RT подключено термонезависимое сопротивление RШ. Выбирая соответствующим образом значение сопротивления RШ, можно получить значительное спрямление зависимости сопротивления RЭ корректированного термоэлемента от температуры. Для сопротивления RЭ если воспользоваться обозначениями рисунка 2.5.а можно написать

 (2.6)

Рисунок 2.5 Схемы корректированных термоэлементов

Правая часть этого выражения написана с учетом зависимости (2.5) сопротивления RT от температуры и с учетом коэффициента шунтирования k, который равен  

, (2.7)

где RTср — значение термосопротивления RT при температуре Tср, соответствующей середине диапазона измеряемых температур.

Зависимость RЭ=f(T) согласно выражению (2.6) показана на рисунке 2.6. Как видно из рисунка, при низких температурах сопротивление RЭ практически не зависит от температуры. При повышении температуры оно начинает уменьшаться, при чем степень этого уменьшения вначале мала, затем возрастает и. наконец, опять уменьшается. Поэтому кривая RЭ=f(T) имеет точку перегиба. Участок кривой в районе точки перегиба оказывается близким к прямой. Это обстоятельство можно использовать при расчете корректированного термоэлемента для измерения температуры, изменяющейся в небольшом диапазоне.

Рисунок 2.6 Зависимости сопротивлений RТ и RЭ  от температуры

Температура, которой соответствует точка перегиба, может быть найдена из уравнения

,

получаемого, если дважды продифференцировать выражение (2.6) и приравнять результат нулю. Полагая в этом уравнении Т=Тср и сравнивая его с выражением (2.7), имеем

.

Находя отсюда значение k при заданном Тср и определяя при этом k значение RШ из выражения (2.7), получим корректированный термоэлемент, у которого зависимость сопротивления от температуры будет иметь перегиб при температуре Тср.

Для получения более или менее линейной зависимости сопротивления RЭ от температуры для большого температурного диапазона значение k целесообразно рассчитывать из условия нахождения трех точек кривой RЭ=f(T)  на одной прямой линии. Это совмещение кривой RЭ прямой можно осуществить, например, при температурах: TН — начальной температуре, TСР — средней температуре и TК — конечной температуре измеряемого диапазона температур.

Указанное условие будет выполнено, если приращения сопротивлений ΔRЭН и ΔRЭК корректированного термоэлемента при температурах TН и TК равные

,  (2.8)

где RЭН RЭ.СР и RЭК — сопротивления корректированного термоэлемента при температурах TН, TСР и  TК будут пропорциональны соответствующим отклонениям ΘН и ΘК температуры, т. е. если будет равенство

,  (2.9)

где ΘН=TН-TСР и ΘК=TК-TСР. Знак минус поставлен потому, что ΘН — отрицательное. Отсюда

,

причем

и всегда отрицательно.

Разделив левую и правую части (2.9) на КЭ.СР и учитывая (2.8),

получаем

.

Подставив сюда соответствующие значения RЭ из (2.6) и RШ из (2.7), после преобразований будем иметь

, (2.10)

где

.

Из уравнения (2.10) при заданном диапазоне температур и выбранном значении термосопротивления однозначно определяется коэффициент k, при котором указанные выше три точки кривой RЭ лежат на одной прямой. При этом точка перегиба кривой RЭ обязательно находится в заданном температурном диапазоне.

К сожалению, корректированный термоэлемент (рисунок 2.5.а), позволяя получить более или менее линейную шкалу термометра, не обеспечивает взаимозаменяемости. Для обеспечения взаимозаменяемости, т.е. для получения повторяющихся значений сопротивлений корректированных термоэлементов при применении в них отличающихся друг от друга по характеристикам RT=f(T)  , термосопротивлений, необходим не один, как в схеме (рисунок 2.5.а), а несколько регулируемых элементов.

В корректированных термоэлементах (рисунок 2.5.б, 2.5.в) имеется по два термонезависимых сопротивления (RШ и RД), при помощи которых можно обеспечить соответствующие повторяющиеся значения сопротивления RЭ различных температурах, например RЭН при ТН RЭК при ТК для термосопротнвлений, отличающихся друг от друга по характеристикам RТ=f(T).

Для получения соответствующих повторяющихся значений RЭ, отдельных корректированных термоэлементов при трех, температурах необходимы три регулируемых элемента (рисунок 2.5). При помощи трех регулируемых элементов можно обеспечить также совмещение в трех точках кривой RЭ=f(T) с прямой.

При совмещении кривой RЭ прямой в двух точках (рисунок 2.5 б и в), т.е. при двух температурах, отклонение RЭ от прямой может достигать значительных величин (20—30%). При совмещении в трех точках (рисунок 2.5.г) отклонение RЭ от прямой незначительно (доли процента), однако температурный коэффициент подобного корректированного термоэлемента по сравнению с температурным коэффициентом термосопротивления резко уменьшается (в 5—6 раз).

Температурный коэффициент корректированного термоэлемента при совмещении в двух точках уменьшается по сравнению с температурным коэффициентом термосопротивления примерно в два раза.

2.Преобразователи промышленных термометров сопротивления

Платиновые преобразователи термометров сопротивления представляют собой голую платиновую проволоку, намотанную на каркас 1 из слюды (рисунок 3.1). Платиновая проволока 2 диаметром 0,07 мм наматывается бифилярно и укладывается в зубчатую нарезку на краях слюды. К концам обмотки припаиваются выводы 3 из серебряной проволоки (или ленты); в термометрах сопротивления, предназначенных для измерения температуры до 100°С, можно применять выводы из меди. Каркас в виде слюдяной пластинки зажимается между двумя более широкими пластинами 4 (также из слюды), служащими для изоляции проволоки от арматуры преобразователя. Весь пакет из слюдяных пластин перевязывается серебряной лентой 5.

Подобный пакет 1 вставляется (рисунок 3.2) в алюминиевую трубку (чехол) 2, защищающую платиновую обмотку от механических повреждений и от воздействия наружной арматуры (трубы) преобразователя, Для уменьшения тепловой инерции с обеих сторон пакета с обмоткой помещены металлические вкладыши 3. Выводы изолированы фарфоровыми бусами 4.

Алюминиевая трубка с обмоткой помещается в защитную арматуру, состоящую из трубы 5 с сварным дном, штуцерной гайки 6 и алюминиевой головки 7, внутри которой расположена бакелитовая розетка 8 с зажимами. Алюминиевая головка закрыта крышкой 9. Провода к измерительной цепи подводятся через гайку 10.

Труба 5 изготовляется из углеродистой или нержавеющей стали в зависимости от химических свойств среды, температура которой измеряется.

Минимальная глубина погружения преобразователей в среду, температура которой измеряется, равна 150 мм, максимальная — 1900 мм. Инерционность рассмотренных платиновых преобразователей термометров сопротивления достигает 5—7 минут.

Рисунок 3.1 Теплочувствительный элемент платиновых термометров

                                    

Рисунок 3.2 Платиновый датчик термометра сопротивления

В некоторых конструкциях преобразователей для уменьшения инерционности создают хороший тепловой контакт между пакетом и арматурой при помощи пружинящих лепестков из тонкого дюралюминия. Существуют конструкции преобразователей, в которых пакет из слюдяной пластинки с платиновой обмоткой и двумя изолирующими слюдяными пластинами помещен в тонкостенный плоский металлический чехол, спрессованный до плотного облегания слюдяного пакета. Такая конструкция обеспечивает малую инерционность и достаточную устойчивость к вибрациям.

На рисунке 3.3 показан остеклованный (герметизированный) преобразователь термометра сопротивления, в котором обмотка из платиновой проволоки заделана в стекло. Такие преобразователи виброустойчивы и не боятся агрессивной среды.

Рисунок 3.3 Остеклованный платиновый преобразователь термометра сопротивления

Медные преобразователи термометров сопротивления выполняются из изолированной медной проволоки, наматываемой на каркас из пластмассы; каркас в большинстве случаев имеет бумажную изоляцию. Арматура подобных преобразователей промышленного типа, применяемых при давлении до 30 ат, аналогична описанной выше для платиновых термометров. Арматура медных преобразователей, применяемых в приборах для измерения температуры помещений, выполняется проще. В качестве примера на рисунке 3.4 показан датчик медного термометра сопротивления. Катушка с медной проволокой, намотанной на каркас, находится в тонкостенной металлической трубке, которая для защиты теплочувствительного элемента от механических повреждений, а также от лучистой теплоты заключена в полированный перфорированный экран.

Рис. 3.4. Датчик термометра сопротивления


  1.  Измерительные цепи термометров сопротивления. Температурная погрешность. Погрешности от тепловых потерь

В термометрах сопротивления может быть использована любая цепь, предназначенная для измерения сопротивления. Наибольшее распространение получила цепь неуравновешенного моста с магнитоэлектрическим логометром в качестве указателя, а также цепь автоматически уравновешиваемого моста.

На рисунке 4.1 приведена схема неуравновешенного моста с логометром в качестве указателя (RУК1 и RУК2 — рамки логометра). Три плеча моста составлены манганиновыми сопротивлениями R1, R2 и R3. Четвертое плечо моста состоит из преобразователя термометра сопротивления RT сопротивления r линии, уравнительной (подгоночной) катушки RУР, сопротивления RК и сопротивления R0. Назначение последних трех сопротивлений следующее: сопротивление R0 служит для подгонки нулевой точки шкалы (для уравновешивания моста при начальной температуре термометра); катушка RУР дополняет сопротивление проводов, соединяющих термометр с измерительной цепью, до значения, принятого при градуировке термометра и равного (для описываемых термометров) 5 ом. При монтаже термометра необходимо отмотать от катушки RУР столько проволоки, чтобы общее сопротивление катушки RУР и проводов до преобразователя было равно 5 ом.

Для подгонки сопротивления катушки RУР служит катушка RК, сопротивление которой равно значению сопротивления преобразователя, соответствующему определенной (помеченной красной чертой) отметке на шкале прибора. Замкнув накоротко преобразователь термометра RT и включив RК, необходимо отматывать проволоку с катушки RУР до тех пор, пока стрелка указателя не остановится на определенной отметке шкалы. После, этого сопротивление RК закорачивается (как это показано на рисунке 4.1) и в дальнейшей работе термометра не участвует. Часть сопротивления R5 выполняется из меди, что позволяет корректировать температурную погрешность логометра.

В автоматических мостах обычно применяют измерительную мостовую цепь, показанную на рисунке 4.2.

При каждом изменении температуры мост выходит из равновесия и на входе преобразователя недокомпенсации ПН появляется напряжение ΔU. Под воздействием этого напряжения, преобразованного и усиленного преобразователем недокомпенсации, приходит в движение двигатель Д. Двигатель перемещает движок реохорда RР в новое положение, при котором мост опять придет в равновесие, но уже при новом значении температуры. Таким образом, каждому значению температуры соответствует определенное положение движка реохорда и связанного с ним указателя отсчетного устройства.

Наиболее существенной погрешностью термометров сопротивления является погрешность, обусловленная изменением сопротивления линии вследствие колебаний температуры окружающей среды. Сопротивление линии при больших расстояниях (до нескольких сотен метров) от преобразователя термометра до измерительного пульта может достигать 5 Ом, тогда как начальное сопротивление преобразователей термометров составляет 46 Ом (либо 53 или 100 Ом).

Допустим, что уравнительная катушка в цепи, показанной на рисунке 4.1, подогнана при температуре линии t1 и что температура линии изменилась до значения t2.

Сопротивление r2 линии при температуре t2 будет равно

,

где r2 — сопротивление линии (без сопротивления уравнительной катушки) при температуре t1.

  1.  

Приращение сопротивления Δr линии от изменения температуры составит

.

Отсюда получаем абсолютную погрешность Δt в показаниях температуры:

,

где R0 — сопротивление преобразователя термометра при 0°С;

ΔRT=R0α — приращение сопротивления преобразователя при изменении измеряемой температуры на 1 град.

Так, например, при значениях t1=20°С; t2=50°С, R0=46 Oм (преобразователь платиновый, для которого α=3,94*10-3 1/град) в худшем случае, когда сопротивление медной (τ=234) линии равно 5 Oм (сопротивление уравнительной катушки равно нулю), погрешность измерения Δt = + 3,26°С.

Для уменьшения погрешности от колебаний температуры линии применяют так называемые многопроводные линии связи, когда к преобразователю сопротивления подводится больше двух проводов.

Измерительная цепь с трехпроводной линией связи показана на рисунке 4.2. Как видно из рисунка, одна из вершин диагонали питания перенесена непосредственно к преобразователю. Благодаря этому сопротивление одного из проводов 0,5 г суммируется с сопротивлением плеча R1, а сопротивление второго провода — с сопротивлением плеча преобразователя термометра RT, вследствие чего числитель выражения для тока в измерительной диагонали остается практически неизменным при колебаниях сопротивления проводов.

Такое включение преобразователя при работе измерительной цепи в равновесном режиме полностью устраняет погрешность от изменения сопротивления линии. При работе в иеравновесном режиме возникнет только погрешность чувствительности, но она будет значительно меньше погрешности нуля в случае двухпроводной линии.

Кроме погрешности от колебаний температуры линии, следует учитывать также погрешность Δti, от нагрева преобразователя термометра протекающим по нему током. Для уменьшения этой погрешности ток через термосопротивление следовало бы снижать до минимума. С другой стороны, желательно допустить возможно больший рабочий ток, поскольку при этом повышается чувствительность мостовой цепи и оказывается возможным применить менее чувствительный указатель.

На рисунке 4.3 приведена зависимость приращения температуры Δti проводникового термосопротивления термометра от нагрева током, на основании которой для допустимой погрешности Δti можно определить максимальное значение рабочего тока. Обычно в проводниковых термосопротивлениях термометров ток не превышает 10—15 ма.

В технических характеристиках полупроводниковых термосопротивлений, кроме максимально допустимой мощности рассеяния, приводится коэффициент рассеяния — мощность рассеяния, при которой нагрев термосопротивления изменяется на 1 град. Таким образом, считая температуру нагрева прямо пропорциональной мощности рассеяния, можно при известном значении термосопротивлений найти приемлемое значение рабочего тока для допустимого значения погрешности Δti.

Рисунок 4.3 зависимости прироста температуры Δti проводникового термосопротивления термометра от нагрева протекающим по нему током

Контрольные вопросы:

  1.  Дать определение термосопротивления.
  2.  Что относится к факторам, определяющим интенсивность теплообмена проводника со средой.
  3.  Какие основные требования предъявляют к материалам, применяемым для преобразователей термометров сопротивления.
  4.  Что называется корректированным термоэлементом.
  5.  Назовите преобразователи промышленных термометров сопротивления.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

52660. Відомий дослідник генетики- Грегор Мендель 26 KB
  У 1843 році Мендель був прийнятий в августинський монастир святого Томаша в Альтбрюнні. Несподіванкою не тому що Мендель зробив доповідь адже звичайно було відоме що роботу з гібридизації гороху він веде уже багато років а через те що було в доповіді сказано. Чи випадково Мендель зайнявся проблемою гібридизації Що це було: ще одне хоббі дилетанта розвага типу збирання марок.
52666. Формування мотиваційної готовності вчителя до інноваційної діяльності 92 KB
  А вчителі – перейняти головні ідеї інноваційного навчання усвідомити їх корисність для навчального процесу і стати активними учасниками процесу реформування освіти. Допомогти учасникам сформувати мотиваційну готовність до сприйняття нового. Інструкція учасникам: як нам потрібно поводитись у групі щоб нам було комфортно і ми досягли поставленої мети Спільно з групою виводимо основні правила: бути активними толерантними пунктуальними говорити по суті і по черзі можливість сказати ні. Інструкція учасникам: по черзі висловитися...