2.1.8. Сущность нулевого (компенсационного) метода измерения тэдс

Схема потенциометра с постоянной силой тока в компенсаци­онной цепи показана на рис. 6. В этой схеме три электрические цепи. В цепь источника тока (компенсационную) входит источник тока Е, регулировочное сопротивление R_b (реостата), постоянное сопротивле­ние R_НЭ и измерительное сопротивление R_Р с перемещающимся вдоль него контактом Д. Измерительное сопротивление в потенциометрах выполняется в виде калиброван­ной проволоки (реохорда), секци­онного сопротивления или в виде сочетаний того и другого [1].

В цепь нормального эле­мента входит нормальный эле­мент НЭ, сопротивление R_НЭ и нулевой прибор НП. В цепь тер­мопары входит термопара, нуле­вой прибор НП и часть измери­тельного сопротивления R_P.

Рис. 6. Принципиальная схема потенциометра с постоянной силой тока в компенсационной цепи

Нормальный элемент, предназ-наченный для контроля постоянства разности потенциа­лов между конеч-ными точками реохорда, развивает вполне опре­деленную постоянную во времени ЭДС. Обычно применяется ртутно-кадмиевый гальванический элемент Вестона, развивающий при температуре 20⁰С ЭДС, равную 1,01830В, и сохраняющий это значение при малых и кратковременных нагрузках в течение длитель­ного времени. Пользуясь нормальным элементом, можно довольно точно установить постоянство разности потенциалов на концах рео­хорда. Для этой цели переключатель П переводят на контакт К, вклю­чая НП в цепь НЭ и одновременно разрывая цепь термопары.

Нормальный элемент присоединяется к концам сопротивления R_НЭ и притом так, что его ЭДС оказывается направленной навстречу ЭДС источника тока Е. Регулируя ток в компенсационной цепи реостатом R_b, добиваются такого положения, при котором разность потенциалов на концах сопротивления становится равной ЭДС НЭ. При этом ток в цепи нормального элемента равен нулю, и стрелка НП устанавливается на нуле шкалы. В этом случае ток в компенсационной цепи:

.

Для измерения ТЭДС термопары переключатель П переводят на контакт И, подключая тем самым термопару последовательно с НП к измерительному сопротивлению в точке b и скользящему контакту Д ТЭДС термопары тогда будет действовать в сторону, противоположную ЭДС источника тока Е.

Перемещая контакт Д, находят такое его положение, при котором разность потенциалов между точками b и Д измерительного сопротивления равна ТЭДС термопары; при этом ток к цепи термопары равен нулю (стрелка НП устанавливается на нуль шкалы). Тогда

.

Так как Е_НЭ и R_НЭ постоянны, то определение ТЭДС термопары сводится к определению длины участка измерительного сопротивления R_bД. Измерение ТЭДС компенсационным методом осуществляется при отсутствии тока в цепи термопары, поэтому сопротивление цепи (термопары, соединительных проводов, НП), а следовательно, и его зависимость от температуры не влияет на точность измерения. Это свойство является одним из существенных преимуществ компенсационного метода измерения.

2.1.9. Назначение всех элементов электронной функциональной схемы автоматического потенциометра

Измерительные схемы всех автоматических потенциометров предусматривают автоматическое введение поправки на температуру холодных спаев термопары. С этой целью они выполняются в форме неуравновешенного моста [1]. Все сопротивления измерительной схемы (рис. 7), кроме R_к, выполняются из манганина; сопротивление R_к - из меди или никеля.

Цепь источника тока составляют две ветви: рабочая, в которую включен реохорд R_p*, и вспомогательная, состоящая из двух сопротивлений (R_НЭ и R_к). Наличие вспомогательной ветви автоматически позволяет ввести поправку на температуру холодных спаев термопары. Сопротивление R_к и холодные спаи термопары должны находится при одинаковой температуре. В приборе сопротивление R_к, располагается недалеко от места включения термопар.

Измеряемая ТЭДС термопары компенсируется падением напряжения на сопротивлении R_p, зависящего от положения движка реохорда, и сопротивлениях R_н и R_к:

Повышение температуры холодных спаев вызывает уменьшение ТЭДС термопары на величину . При этом падение напряжения на сопротивленииR_к одновременно возрастает. Тогда получаем равенство

Чтобы движок реохорда сохранял свое прежнее положение и потенциометр показывал измеряемую температуру, необходимо обеспечить равенство

Если ТЭДС термопары не равна падению напряженияU_bd, то напряжение небаланса подается на зажимы преобразовательного каскада, входящего в электронный усилитель ЭУ.

В преобразовательном каскаде постоянное напряжение небаланса преобразуется в переменное, которое затем усиливается по напряжению и мощности до значения, достаточного для вращения реверсивного двигателя (РД), который, вращаясь по часовой стрелке или против нее в зависимости от знака разбаланса, передвигает движок реохорда и восстанавливает равновесие измерительной схемы. Одновременно двигатель РД перемещает показывающую стрелку. При равновесии измерительной схемы, когда , реверсивный двигатель не вращается, так как на вход преобразовательного каскада напряжение не подается.

Для установки рабочего тока I₁ переключатель П, нормально находящийся в положении И (измерение), переводится в положение К (контроль). При этом одновременно устанавливается кинематическая связь реверсивного двигателя с движком реостата R_б и подключается электронный усилитель к цепи нормального элемента (НЭ) [1].

Если падение напряжения не равно ЭДС нормального элемента, то электронный усилитель так же, как и при измерении ТЭДС термопары, получает сигнал, равный разности между ЭДС нормального элемента и падением напряжения на сопротивленииR_НЭ. Реверсивный двигатель, вращаясь по часовой стрелке или против нее в зависимости от знака разбаланса, передвигает движок реостата R_б, меняя величину питающего напряжения.

В момент равновесия, когда на электронный усилитель сигнал не подается, и реверсивный двигатель останавливается. В этот момент устанавливается вполне определенное значение рабочего токаI₂.

В автоматических потенциометрах применяются усилители переменного тока, которые значительно проще, дешевле и надежнее усилителей постоянного тока.