Соловцов В.К., Контрольно-измерительные приборы

Подождите немного. Документ загружается.

время медь относительно дешевле, ее легко получить в химиче-

ски чистом виде и несложно делать из нее проволоку любых

диаметров. Температурный коэффициент меди также достаточно

стабилен.

Медные термометры сопротивления применяют в диапазоне

температур от —50 до +180° С.

Как платиновые, так и медные термометры сопротивления

отечественного производства выпускаются со строго определен-

ными значениями сопротивлений, обеспечивающими их взаимо-

заменяемость.

Платиновые термометры при 0°С могут иметь номинальное

сопротивление 10; 46; 100 ом, а медные — 53 и 100 ом. Зависи-

мость сопротивления от температуры определяется градуиро-

вочной характеристикой.

Характеристики платиновых и медных термометров сопро-

тивления приведены в градуировочных табл. 5—8.

Таблица 5

Градуировочная таблица платиновых термометров сопротивления

=46,00 ом (Обозначение градуировки—гр. 21)

Температу-

ра, °С

—200

—

190

—

180

—

170

—

160

—

150

—

140

—

130

—

120

—

110

—

100

— 90

— 80

—70

— 60

— 50

— 40

— 30

— 20

— 10

Сопротив-

ление, ом

7,95

9,96

11,95

13,93

15,90

17,85

19,79

21,72

23,63

25,54

27,44

29,33

31,21

33,08

34,94

36,80

38,65

40,50

42,34

44,17

46,00

47,82

49,64

51,45

53,26

55,06

56,86

58,65

Температу-

ра, °С

100

110

120

130

140

150

160

170

180

190

200

210

220

230

240

250

260

270

280

290

300

310

320

330

340

350

360

Сопротивле-

ние, ом

60,43

62,21

63,99

65,76

67,52

69,28

71,03

72,78

74,52

76,26

77,99

79,71

81,43

83,15

84,86

86,56

88,26

89,96

91,64

93,00

95,00

96,68

98,34

100,01

101,66

103,31

104,96

106,60

108,23

Температу-

ра, °С

370

380

390

400

410

420

430

440

450

460

470

480

490

500

510

520

530

540

550

560

570

580

590

600

610

620

630

640

650

Сопротивле-

ние, ом

109,86

111,48

113,10

114,72

116,32

117,93

119,52

121,11

122,70

124,28

125,86

127,43

128,99

130,55

132,10

133,66

135,20

136,73

138,27

139,79

141,32

142,83

144,34

145,85

147,35

148,84

150,33

151,33

153,30

Таблица 6

Градуировочная таблица платиновых термометров сопротивления

= 100,00 ом (Обозначение градуировки—гр. 22)

Температу

pa, °С

—200

—190

—180

—170

—

160

—150

—140

—

130

—

120

—110

—100

— 90

— 80

— 70

— 60

— 50

— 40

—

— 20

— 10

Сопротивле-

ние, ом

17,28

21,65

25,98

30.29

34,56

38,80

43,02

47,21

51,38

55,52

59,65

63,75

67,84

71,91

75,96

80,00

84,03

88,04

92,04

96,03

100,00

103,96

107,91

111,85

115,78

119,70

123,60

127,49

131,37

Температу-

ра, °С

100

110

120

130

140

150

160

170

180

190

200

210

220

230

240

250

260

270

280

290

300

310

320

330

340

350

360

Сопротивле-

ние, ом

135,24

139,10

142,95

146,78

150,60

154,41

158,21

162,00

165,78

169,54

173,29

177,03

180,76

184,48

188,18

191,88

195,56

199,23

202,89

206,53

210,17

213,79

217,40

221,00

224,59

228,17

231,73

235,29

Температу

ра, °С

370

380

390

400

410

420

430

440

450

460

470

480

490

500

510

520

530

540

550

560

570

580

590

600

610

620

630

640

650

Сопротив-

ление, ом

238,83

242,36

245,88

249,38

252,88

256,36

259,83

263,29

266,74

270,18

273,60

277,01

280,41

283,80

287,18

290,55

293,91

297,25

300,58

303,90

307,21

310,50

313,79

317,06

320,32

323,57

326,80

330,03

333,25

Таблица 7

Градуировочная таблица медных термометров сопротивления

=53,00 ом (Обозначение градуировки—гр. 23)

Температу-

ра, °С

—50

—40

—30

—20

—10

Сопротивле-

ние, ом

41,71

43,97

46,23

48,48

50,74

53,00

55,26

57,52

Температу-

ра, °С

100

Сопротивле-

ние, ом

59,77

62,03

64,29

66,55

68,81

71,06

73,32

75,58

Температу-

ра, °С

110

120

130

140

150

160

170

180

Сопротивле-

ние, ом

77,84

80,09

82,35

84,61

86,87

89,13

91,38

93,64

Таблица 8

Градуировочная таблица медных термометров сопротивления

=100,00 ом (Обозначение градуировки—гр. 24)

Температу-

ра, °С

-50

-40

-30

-20

—10

Сопротивле

ние, ом

78,70

82,96

87,22

91,48

95,74

100,00

104,26

108,52

Температу-

ра. °С

100

Сопротивле-

ние, ом

112,78

117,04

121,30

125,56

129,82

134,08

138,34

142,60

Температу-

ра, °С

110

120

130

140

150

160

170

180

Сопротивле-

ние, ом

146,86

151,12

155,38

159,64

163,90

168,16

172,42

176,68

Конструктивное оформление термометров сопротивления за-

висит от назначения и диапазона измеряемой температуры.

Платиновые термометры изготовляют из неизолированной

платиновой проволоки диаметром 0,05—0,07 мм. Вводы делают

из серебряной проволоки. Слюда, кварц и фарфор служат мате-

риалами для каркаса, они способны выдерживать высокую тем-

пературу и обладают высокими электроизоляционными свойст-

вами.

Медные термометры изготовляют из медной изолированной

проволоки диаметром 0,2 мм и меньше. Проволоку наматывают

бифилярно на пластмассовый каркас в несколько рядов. Медь

имеет значительно меньшее удельное сопротивление, чем пла-

тина. Для обеспечения необходимой точности измерения тре-

буется большая длина провода. Выводы у медного термометра

изготовляют из медной луженой проволоки диаметром 1,2—

1,5 мм.

Термометры сопротивления помещают в защитную арматуру

в виде металлической трубки с заваренным дном (рис. 56, б).

Конструкцию арматуры, толщину и материал защитных чех-

лов подбирают в соответствии с условиями эксплуатации термо-

метров.

Вторичными приборами для термометров сопротивления

служат мосты и логометры.

Простейшая схема одинарного моста (рис. 57) состоит из

четырех сопротивлений R

, R

, соединенных последова-

тельно в замкнутый четырехугольник АБВГ. Каждое сопротив-

ление образует одно из четырех плеч моста. В одну диагональ

четырехугольника включают источник питания, а в другую, из-

мерительную диагональ, — чувствительный нулевой индикатор.

Величины сопротивлений плеч моста можно подобрать так,

чтобы ток в измерительной диагонали моста стал равен нулю

независимо от напряжения источника питания. Для этого сопро-

тивления должны находиться в следующем соотношении:

Это же соотношение, определяющее баланс моста, остается

справедливым, если поменять местами источник питания и инди-

катор. Таким образом, отсутствие тока в измерительной диаго-

нали при равенстве произведений сопротивлений в противолежа-

щих плечах составляет основное свойство мостовой схемы.

С помощью уравновешенного моста

можно определить сопротивление любого

плеча, если известны значения сопротив-

лений остальных трех плеч. Изменение

величины напряжения питания моста не

влияет на результат измерения. Однако

чем меньше напряжение, тем более высо-

кой чувствительностью должен обладать

индикатор, по которому уравновешивает-

ся мост.

В лабораторных условиях мосты могут

собираться из магазинов сопротивлений,

с помощью которых осуществляется ба-

лансировка. По значениям мер сопротив-

лений, установленных на магазинах в мо-

мент уравновешивания, определяется ве-

личина измеряемого содротивления.

Рис. 57. Принципиальная

схема уравновешенного

моста сопротивлений

Так, например, если неизвестным является R

, то, исходя из

вышеприведенного соотношения,

Сопротивления двух плеч можно заменить мерами с посто-

янным значением и тогда отношения R

или R

можно считать

коэффициентами пропорциональности. Третье сопротивление за-

меняется магазином сопротивлений в качестве меры с пере-

менным значением. Результат измерения искомого сопротивле-

ния R

можно записать:

где k

и k

— отношение постоянных плеч моста;

или R

— переменное плечо моста, с помощью которого

осуществляется точная балансировка.

Если k

или k

равны единице, R

будет равно непосредст-

венно значению переменного плеча при равновесии моста.

Приведенные соотношения показывают, что схему моста мож-

но балансировать путем изменения значения любого плеча.

Мостовые схемы отличаются большим многообразием. Они

используются для измерения не только омических сопротивле-

ний, но также индуктивностей, емкостей и комплексных сопро-

тивлений. Мостовой метод относится к числу наиболее точных

методов измерения. На рис. 58 показан общий вид лаборатор-

ного переносного моста постоянного тока типа Р-333, позво-

ляющего измерять электричес-

кое сопротивление в пределах

от 5

-3

до 1

ом.

Мерой сравнения служит

четырехдекадный встроенный

рычажный магазин сопротив-

лений. Момент равновесия оп-

ределяется с помощью высоко-

чувствительного магнитоэлек-

трического гальванометра.

Для технических измерений

используют электронные авто-

матические уравновешенные

мосты.. Их изготовляют в виде

показывающих и самопишущих

приборов. В качестве индика-

тора баланса мостовой схемы

применяют электронные фа-

зочувствительные усилители,

аналогичные усилителям ав-

томатических потенциометров.

Рис. 58. Лабораторный мост посто-

янного тока для измерения сопротив-

лений

Структурная схема автомати-

ческого электронного моста

приведена на рис. 59.

Для питания мостовой схе-

мы может быть использован как постоянный, так и переменный

ток. При питании постоянным током между измерительной схе-

мой и электронным усилителем включается вибропреобразова-

тель.

В большинстве выпускаемых автоматических мостов измери-

тельная схема питается переменным током и необходимость в ви-

бропреобразователе отпадает.

При измерении температуры термометром сопротивления с ав-

томатическим уравновешенным мостом термометр включается

вместо одного из плечевых элементов. С целью уменьшения влия-

ния сопротивления проводов, соединяющих термометр с прибо-

ром, применяют трехпроводную cxeмy. (рис. 59). Сопротивле-

ния соединительных проводов от термометра к зажимам А и В

мостовой схемы прибора входят в разные плечи моста, а сред-

няя точка (зажим С) соединяется самостоятельным проводом

непосредственно с термометром.

В этом случае одинаковые изменения сопротивлений соедини-

тельных проводов, вызываемые колебаниями температуры окру-

жающей среды, не будут сказываться на режиме мостовой схемы

и вносить погрешности в результат измерения.

Приведенная на рис. 59 измерительная схема применяется

в одноточечных автоматических мостах, например типа ЭМД.

В многоточечных самопишущих мостах термометры подключа-

Рис. 59. Автоматический уравновешенный мост с трех-

проводной схемой включения термометра сопротив-

ления:

, R

— постоянные сопротивления, R ρ — реохорд, R

—

шунт, Rк

R к

мравнительные сопротивления, Rt —тер-

мометр сопротивления, А, В, С — зажимы на приборе для

подключения термометра сопротивления

ются к схеме через переключатель, связанный с механизмом

прибора.

По конструктивному оформлению и кинематической схеме

автоматические уравновешенные мосты, выпускаемые промыш-

ленностью, весьма сходны с автоматическими потенциометрами.

Так, например, мосты нормального габарита типа ЭМД подоб-

ны потенциометрам ЭПД, а мосты ЭМП — потенциометрам

эпп.

На рис. 60 показаны конструктивные формы электронных

мостов в малогабаритном и миниатюрном исполнении.

Для измерения сопротивлений применяют также схему не-

уравновешенного моста (рис. 61). В неуравновешенном мосте

прибор, включенный в цепь измерительной диагонали, выполня-

ет функцию не индикатора равновесия, а указателя, измеряюще-

го значение тока небаланса моста.

Рис. 60. Конструкции электронных автоматических мостов:

а —МС (вид спереди), б — МС (внутреннее устройство), в — МСРМ,

е — МПР

Чем больше отличаются произведения сопротивлений проти-

волежащих плеч моста, тем больше разность потенциалов меж-

ду концами измерительной диагонали и тем больше ток через

измерительный прибор. Следовательно,

ток небаланса будет изменяться в соот-

ветствии с изменением сопротивления лю-

бого плеча моста. Однако величина тока

небаланса зависит также от напряжения

питания моста. Поэтому в неуравнове-

шенном мосте необходимо поддерживать

неизмененным значение тока питания.

Измеряемое сопротивление в момент

контроля рабочего тока неуравновешен-

ного моста заменяют известным по вели-

чине контрольным сопротивлением. С по-

мощью регулировочного реостата уста-

навливают номинальное значение рабоче-

го тока, который контролируют тем же из-

мерительным прибором. Для этого на

шкале прибора наносится специальная

отметка.

Кроме мостов, для работы в комплек-

те с термометрами сопротивления широ-

ко применяют логометры. Измерительный

механизм логометра представляет собой

разновидность магнитоэлектрического механизма. Подвижная,

часть имеет две скрещенные рамки; противодействующие пружи-

Рис. 61. Схема неуравно-

вешенного моста для из-

мерения сопротивлений:

, R

— постоянные со-

противления моста, R

—

контрольное сопротивление,

Rх — измеряемое сопротив-

ление, тА — измерительный

прибор, Π — переключатель,

К — контроль, И — измерение,

Б — батарея, R — реостат ре-

гулировки рабочего тока

ны в ней отсутствуют. Ток в обмот-

ки рамок подводится через тонкие

ленточки, которые называют безмо-

ментными подводами.

Рамки включаются в схему (рис.

62) так, чтобы создаваемые ими вра-

щающие моменты были направлены,

встречно. Воздушный зазор между

сердечником и полюсными наконеч-

никами делают неравномерным, в

результате чего магнитное поле в за-

зоре также получается неравномер-

ным. При повороте рамок вращаю-

щий момент, создаваемый действую-

щей рамкой, уменьшается, так как

она входит в расширенную часть

воздушного зазора с меньшей напря-

женностью магнитного поля.

Противодействующий момент другой рамки, наоборот, воз-

растает, потому что она входит в более узкую часть воздуш-

Рис. 62. Схема логометра со

скрещенными рамками:

N, S — полюсные наконечники, Р

— рамки, R — постоянное сопро-

тивление, R

— измеряемое сопро-

тивление, Б — батарея

ного зазора. Равновесие наступает при определенном соотно-

шении токов в обеих рамках.

Угол поворота подвижной части логометра, рамки которого

включены в мостовую схему, пропорционален сопротивлению

одного из плеч моста и не зависит от напряжения питания, что

является большим преимуществом логометра по сравнению с

обычной схемой неуравновешенного моста.

Рис. 64. Щитовые логометры:

а — профильный, 6 — с круглой шкалой

Для работы в комплекте с термометрами сопротивления вы-

пускаются показывающие и самопишущие логометры. Они

имеют одинаковые измерительные механизмы. В самопишущих

приборах применяются механизмы для точечной записи с па-

дающей дужкой.

Схема показывающего логометра типа ЛПр-53 приведена

на рис. 63. Рамки Р

и Р

включены в схему моста, одно из плеч

которого составляет термометр сопротивления R

. При равнове-

сии моста токи в рамках равны и рамки располагаются сим-

метрично относительно оси полюсных наконечников. Если

сопротивление термометра изменится, то равновесие моста нару-

шится. Увеличение сопротивления термометра приводит к умень-

шению тока в рамке Р

и увеличению тока в рамке Р

, что в

свою очередь приведет к повороту рамки и стрелки логометра.

Таким образом, осуществляется непрерывное измерение тем-

пературы термометром сопротивления в комплекте с лого-

метром.

Щитовые показывающие логометры (рис. 64) выпускаются в

различных конструктивных формах и габаритах с круглыми

и профильными шкалами. Для целей сигнализации и позицион-

ного регулирования выпускаются логометры с фотоэлектриче-

скими реле, срабатывающими при определенном положении

стрелки указателя логометра.

§ 15. ПИРОМЕТРЫ ИЗЛУЧЕНИЯ

Для измерения высоких температур, где не могут быть при-

менены описанные выше приборы, используют пирометры излу-

чения.

При высокой температуре любое нагретое тело значитель-

ную долю тепловой энергии излучает в виде потока световых и

тепловых лучей. Чем выше температура нагретого тела, тем

больше интенсивность излучения. Тело, нагретое приблизи-

тельно до 600° С, излучает невидимые инфракрасные тепловые

лучи. Дальнейшее увеличение температуры приводит к появле-

нию в спектре излучения видимых световых лучей. По мере

повышения температуры цвет меняется: красный цвет перехо-

дит в желтый и белый, представляющий собой смесь излуче-

ний разной длины волны.

Способность к излучению различна у разных поверхностей.

Наибольшей лучеиспускательной и лучепоглощающей способ-

ностью обладает так называемое абсолютно черное тело.

Реально существующие в природе тела не обладают свой-

ствами абсолютно черного тела, но могут иметь близкие к нему

свойства. Например, лучеиспускательная способность графита

в порошке составляет 95% по отношению к излучательной спо-

собности абсолютно черного тела. Отверстие в топке котла

также обладает излучательной способностью, близкой к излу-

чательной способности абсолютно черного тела.

Энергия излучения неравномерно распределяется между

колебаниями с разной длиной волны. Чем выше температура,

тем большая доля энергии приходится на излучение с меньшей

длиной волны. Например, в солнечном свете значительную долю

составляет ультрафиолетовое излучение с малой длиной волны.

Яркость излучения однозначно зависит от температуры, следо-

вательно, измеряя яркость, можно определить температуру.