Электрические термометры сопротивления. (Слайд 9).

Для контроля температуры воды, охлаждающей двигатели (чаще применяются в дизельных двигателях большой мощности: тепловозов, теплоходов, подвижных электростанций) применяют электрические термометры, датчиком 3 которых (рис. 3) служат терморезисторы (термисторы).

 

 

Рис. 3. Принципиальная схема электрического термометра с терморезисторным датчиком

 

(Слайд 10).

Термисторы выполняют из полупроводниковых материалов. Для предохранения от внешних воздействий датчик заключен в защитную арматуру. Указателем 1 служит логометр. Датчик 3 (R₁) включается в одно из плеч неуравновешенного моста 2, три остальных плеча моста образуют резисторы сопротивлениями R₁, R₂ и R₃. Катушки логометра включаются в измерительную диагональ моста последовательно с резистором сопротивлением R₄.

Терморезисторы имеют значительный разброс в характеристике зависимости сопротивления от температуры. Поэтому для получения требуемой градуировки шкалы прибора приходится применять дополнительные добавочные и подгоночные резисторы сопротивлениями R₈ и R₉. С помощью этих резисторов осуществляют уравновешивание моста при начальной измеряемой температуре (градуируют нулевую точку шкалы).

Применение логометра в качестве указателя обеспечивает независимость показаний прибора при колебаниях питающего напряжения. (Слайд 11).

Для уменьшения погрешности, обусловленной влиянием сопротивления проводов, соединяющих датчик с указателем, применено соединение их тремя проводами. Если бы они соединялись двумя проводами, подключенными к точкам Л и С моста, то сопротивления этих проводов складывались с сопротивлением датчика R_t и это создавало бы погрешность измерения. При наличии же трех соединительных проводов питание подается в точки а и С, в результате чего сопротивление R’л одного из проводов складывается с сопротивлением датчика, а сопротивление R”л другого провода - с сопротивлением R₈. При этом в два плеча моста добавляются одинаковые сопротивления R’л и R”л, и ток в измерительной диагонали практически не будет зависеть от изменения сопротивления соединительных проводов. Резистор с сопротивлением R5 обеспечивает уменьшение напряжения, подаваемого на измерительный мост, до установленного для данного прибора значения. (Слайд 12).

Для компенсации температурной погрешности, которую вносит изменение сопротивления катушек логометра при изменении окружающей температуры, последовательно с катушками включены терморезисторы R_t1 и R_t2. При увеличении температуры, сопротивление медного провода катушек увеличивается, а терморезисторов R_t1 и R_t2 - уменьшается, в результате чего суммарное сопротивление катушки и терморезисторов остается приблизительно постоянным. Для более точной подгонки суммарного сопротивления параллельно терморезисторам включают резисторы сопротивлениями R₆ и R₇. Резисторы сопротивлениями R₁, R₂, R₃, R₄ и R₅ изготовляют из манганина, электрическое сопротивление которого мало меняется при изменении температуры, поэтому вводить температурную компенсацию изменения сопротивления этих резисторов не требуется.

Датчик помещают в среду, где требуется измерить температуру (например, в воду, циркулирующую в системе охлаждения дизеля). При повышении температуры воды нарушается равновесие моста и изменяется ток в его измерительной диагонали, куда включен указатель. Шкала указателя градуируется непосредственно в °С.

В логометрах подвижная часть при выключенном питании занимает произвольное положение. Поэтому в данном приборе применено принудительное возвращение стрелки в нулевое положение при выключенном питании с помощью так называемых безмоментных пружин. Создаваемый ими вращающий момент значительно меньше моментов, создаваемых катушками логометра, и не оказывает заметного влияния на показания прибора.

Электрические термометры с термоэлектрическими датчиками устанавливают например, на дизельных двигателях для контроля температуры газов в цилиндрах двигателя. В комплект термометра входит термоэлектрический датчик (термопара) и милливольтметр, служащий указателем. (Слайд 13).

 

Рис. 4. Принципиальная схема электрического термометра с термоэлектрическим датчиком

Термоэлектрический датчик выполнен из двух сваренных вместе проволок или пластин из разнородны металлов или сплавов. Когда два таких проводника А и В (рис. 4) соединяются в какой-либо точке и включаются в замкнутую электрическую цепь, при изменении температуры места их соединения в цепи возникает электродвижущая сила, называемая термо-ЭДС. Спай 1 двух разнородных металлов термопары называют горячим спаем, концы 2 и 3 — свободными или холодными спаями. (Слайд 14).

Значение термо-ЭДС зависит только от разности температур t₁ нагретого 1 и t₂ холодных 2 и 3 концов проводников А и В и от природы материалов, применяемых в качестве электродов.

Если температуру свободных концов поддерживать постоянной и одинаковой, то термо-ЭДС будет пропорциональна температуре горячего спая. Термопары развивают сравнительно небольшую термо-э.д.с, поэтому милливольтметры, используемые для ее измерения, должны иметь точную температурную компенсацию. Шкала такого прибора градуируется в °С.

В различного типа двигателях применяют термоэлектрические датчики, составленные из следующих сплавов:

хромель (89% Ni+10% Cr + 1% Fe) - копель (56% Cu + 44% Ni);

хромель - алюмель (95% Ni + 2% Al + 2% Mn+1 % Si).

Термопара из этих сплавов создает термо-э.д.с. 4 - 7 мВ.

Если электроизмерительный прибор подключить к термопаре медными проводами, то возникнет большая погрешность измерения, так как при электрическом контакте свободных концов 2 и 3 термопары с соединительными проводами из-за разности температур t₂ и t₀ (в месте установки прибора) появятся добавочные термо-э. д. с. Для устранения этой погрешности соединительные провода С и D (их называют компенсационными) изготовляют из материалов, обладающих теми же термоэлектрическими характеристиками, что и электроды термопары. Следовательно, возникающие в месте контактов 2 и 3 термо-э. д. с. будут иметь такие же значения, как и в основной термопаре.

Компенсационные провода изготовляют из тех же материалов, что и электроды термопары, но они имеют меньшую площадь сечения. В этом случае температура концов 2 и 3 может быть различной.