В. А. Никитин с. В. Бойко

Средства измерений, работающие в комплекте термопреобразователями сопротивления

В практике технологических измерений температуры с использованием термопреобразователей сопротивления широкое применение нашли мосты (уравновешенные и неуравновешенные), логометры и нормирующие преобразователи.

Для точных измерений температуры и метрологической аттестации термопреобразователей сопротивления, проводимых обычно в лабораторных условиях, получили применение потенциометры постоянного тока.

1. 
   Уравновешенные мосты
   

Мосты подразделяют на неавтоматические и автоматические. В них используется нулевой метод измерения. С помощью неавтоматических мостов, используемых в лабораторных условиях, измеряют сопротивление от 0,5 до 10⁷ Ом, в частности производят градуировку термопреобразователей сопротивления и измеряют температуру.

Схема уравновешенного моста показана на рисунке 15.6.2 Диагональ питания моста аЬ содержит источник тока, а диагональ измерения dс нуль- индикатор, в частности нуль-гальванометр. Между точками подключения разноименных диагоналей располагаются плечи моста, состоящие в данном случае из постоянных резисторов R₁ и R₂ и регулируемого R₃, а плечо сb
содержит измеряемое сопротивление R_t и два соединительных провода каждый сопротивлением R_BH . Если мост уравновешен, то ток I_НИ в диагонали сd. равен нулю, а токи в соответствующих плечах равны, т. е. I₂=I₃ и I₁=I_t, и как следствие, имеем –I₂R₂=I₁R₁ и I₃R₃=I_t(R_t+2R_BH.).
Разделив два последних равенства друг на друга, с учетом равенства соответствующих токов получаем выражение (14.94) /8/

R ₂ R_t

• 
  2 R_BH  
  

R₁ R ₃ ,


(14.94)

Полученное выражение, выведенное из условия I_НИ = 0, предопределяет условие равновесия моста: чтобы мост находился в равновесии, необходимо соблюсти равенство произведений сопротивлений противоположных его плеч. Это достигается путем регулирования сопротивления резистора R₃ до тех пор, пока нуль-индикатор не покажет нуль.

Рисунок 14.144- Схема уравновешенного моста

Рисунок 14.145 - Трехпроводная схема соединения термопреобразователя сопротивления с мостом

Таким образом, при равновесии моста имеет место равенство (14.95) /8/

R_t 
R

R
R₃  2R_BH ,
2


(14.95)

Из (14.94) следует, что неизвестное сопротивление R_t может быть определено по значению R₃ при постоянном отношении плеч R₁/R₂, а также при неизменном значении R_BH. В то же время R_BH изменяется с изменением температуры окружающей среды, что приводит к искажению результата измерения R_t и в тем большей степени, чем меньше значение R_t. Указанный недостаток может быть устранен путем трехпроводного соединения термопреобразователя сопротивления с мостом (рисунок 15.6.3). При таком соединении питающая диагональ моста доводится (точка b) до термопреобразователя сопротивления. В результате этого соединительные провода оказываются разнесенными к двум плечам моста: одно из сопротивлений R_BH — в плече вместе с сопротивлением R_З, а другое R_BH — в смежном плече вместе c R_t . Тогда условие равновесия моста определяет равенство (14.96) /8/

R₁ R₃  R_BH   R₂ R_t  R_BH ,


(14.96)

Откуда следует выражение (14.97) /8/

R_t  R₁ / R₂ R₃  R_BH   R_BH ,


(14.97)

Если сделать мост симметричным (R₁ =R₂), то будем иметь R_t =R₃. т. е. результат измерения R_t в этом случае не зависит от сопротивления соединительных проводов R_BH.

Недостатком уравновешенных мостов, собранных по указанным схемам (рисунки 14.144 и 14.145), является неопределенность в измерении, которую вносит переходное сопротивление контакта в регулируемом плече R₃. Для устранения этого недостатка подвижный контакт располагают в измерительной диагонали, при этом регулируемое сопротивление оказывается размещенным в двух плечах. Таким образом, при уравновешивании моста путем перемещения контакта изменяется сопротивление сразу обоих плеч, а переходное сопротивление контакта, располагаемое теперь в измерительной диагонали, из- за отсутствия тока в момент уравновешивания не сказывается на результате измерения.
Достоинством уравновешенных мостов является независимость их от напряжения питания, минимально допустимое значение которого определяется чувствительностью нуль-индикатора.