Электрические термометры сопротивления

 

   Электрические термометры сопротивления представляют собой соединение термочувствительного ИП (терморезистора) и того или иного средства измерения. В качестве последнего обычно применяется равновесный или неравновесный мост.

   Терморезистор включается в измерительное плечо моста по двухпроводной или трехпроводной схеме. При двухпроводной схеме оба

соединительных провода (сопротивления линии  и ) включаются последовательно с ИП и сопротивлением  в одно плечо моста (рис. 3.1). Последовательно с ИП включены также резисторы ,  и . Резистор  служит для подгонки нулевой точки шкалы, т. е. для уравновешивания моста при начальной измеряемой температуре. Резистор   (уравнительный) из манганина дополняет сопротивление проводов линии до значения, принятого при градуировке. В соответствии с [18] внешнее сопротивление должно быть следующих номиналов: 0,6; 0,5; 5; 15 и 25 Ом. Для подгонки сопротивления  в схеме предусмотрен так называемый контрольный резистор , сопротивление которого равно сопротивлению терморезистора, соответствующему определенной (часто конечной) точке диапазона измерений. Включив  вместо  в плечо моста, уменьшают сопротивление _­ до момента установки указателя на выбранную отметку шкалы. После этого резистор  закорачивают.

   Условие равновесия моста постоянного тока при двухпроводной схеме включения терморезистора имеет вид: . Резисторы , , , , изготавливаются из манганина и не меняют свое сопротивление при изменении температуры. Из условия равновесия моста видно, что мост будет реагировать не только на изменение , но и на изменение , .

   Изменение сопротивления проводов линии  и  по каким-либо причинам, и, прежде всего из-за изменения температуры среды, в которой находятся эти провода, приводит к погрешности термометра сопротивления в соответствии с выражением , где  – изменение сопротивления двух проводов линии;  – начальное сопротивление терморезистора (при 0 ºC); α – температурный коэффициент сопротивления терморезистора.

   Использование равновесных мостов позволяет получать более высокую точность, чем при использовании неравновесных, однако их применение неэффективно при исследовании быстро протекающих тепловых процессов.

   От этого недостатка свободны неравновесные мосты. Однако точность неравновесных мостовых схем ниже, чем равновесных, что объясняется погрешностью индикатора, нелинейностью шкалы и влиянием изменения напряжения питания.

   Для уменьшения погрешности от изменения напряжения питания в неравновесном режиме в качестве индикатора используют магнитоэлектрический логометр [7], сопротивления катушек которого обозначены на рис. 3.1 как  и . Для того, чтобы токи в  и  были различными в схеме предусмотрен резистор , частично изготовленный из манганина, что позволяет скомпенсировать погрешность логометра от изменения сопротивления катушек из-за изменения температуры. Напомним, что угол отклонения подвижной части логометра является функцией отношения токов в катушках и, следовательно, не зависит от изменения напряжения питания.

Для уменьшения погрешности от изменен ия сопротивлений проводов линии  и  используют трехпроводную схему включения терморезистора в мостовую схему (рис. 3.2). Данный рисунок несколько упрощен, на нем не показаны резисторы , , , не показано включение логометра в качестве индикатора. На самом деле все эти элементы включаются так же, как и в схеме, которая представлена на рис. 3.1. Как видно из рис. 3.2, в линии, связывающей терморезистор  с мостовой схемой, появляется третий провод , т. е. один из полюсов источника питания соединяется с .

   Условие равновесия моста при трехпроводной схеме включения терморезистора имеет вид: , т. е. сопротивления линии  и  разведены в разные стороны условия равновесия и, следовательно, их одинаковые изменения должны компенсироваться. На самом деле полной компенсации можно добиться только в равновесном режиме и при . В неравновесном режиме погрешность от изменения сопротивления линии также резко уменьшается, так как такие мосты обычно работают вблизи равновесия.

   Несмотря на очевидное преимущество трехпроводной схемы, не следует отказываться от двухпроводной схемы во всех случаях, особенно с учетом экономических показателей. Дело в том, что длина линии может быть достаточно большой (сотни метров) и стоимость трехжильного кабеля (провод из меди) будет значительной. Поэтому, если известно, что линия будет проходить в пространстве, в котором окружающая температура меняется незначительно (например, в пределах одного здания), то следует применять двухпроводную схему.