Теплотехнические измерения и инновационные измерительные технологии, страница 11

Для поддержания температуры свободных концов постоянной применяют так называемые коробки холодных спаев (например, КТ-54), выполненные по схеме (рис. 5.12) с компенсирующим мостом, где резисторы R1, R2, R3 выполнены из манганина, имеющего ничтожный термический коэффициент сопротивления, а R4 – из меди, с бóльшим коэффициентом, и выводящим мост из равновесия при изменении t₀. Если КТ-54 помещена в зоне, где температура  °C, то поправка на температуру свободных концов , она как бы автоматически вводится устройством КТ-54. Если  °C, то для сохранения автоматизма введения поправки резистором R5 делают корректировку питания моста так, чтобы ТЭДС  уравнять с нулевым значением, и тогда окончательно на измерительный прибор будет подано  с автоматически введенной поправкой на температуру свободных концов.

В лабораторной практике свободные концы термоэлектрического термометра термостатируют, погружая их в сосуд Дюара с тающим льдом. В этом случае поправку на температуру свободных концов не вводят.

Для измерения ТЭДС термоэлектрических термометров используют прямой метод измерения, применяя магнитоэлектричсекие низкоомные милливольтметры, или компенсационный метод измерения, реализуемый переносными либо автоматическими потенциометрами.

Работа милливольтметра основана на взаимодействии магнитных полей, создаваемых подвижной рамкой с протекающим электрическим током и постоянным магнитом. Угол поворота рамки j пропорционален силе электрического тока I в термоэлектрической цепи (рис. 5.13) и чувствительности милливольтметра S:

                                          , (5.17)

где     R_мв – сопротивление милливольтметра;

          R_т – сопротивление термометра;

          R_с.п – сопротивление соединительных и удлинительных проводов;

          R_п.к – сопротивление подгоночной катушки.

          Основная погрешность при измерении – это изменение сопротивления термоэлектрической цепи за счет изменения температуры внешней среды. Для уменьшения этой погрешности в милливольтметре последовательно с рамкой включено дополнительное сопротивление R_д из манганина.

При градуировочных условиях:

                                                        ,

где     R_гр – сопротивление термоэлектрической цепи в условиях градуировки, Ом.

При условиях эксплуатации:

                                                        .

Относительное изменение показаний:

                                              .     (5.18)

Компенсационный метод измерения основан на уравновешивании развиваемой термоэлектрическим термометром ТЭДС падением напряжения, значение которого может быть определено. Приборы, в которых реализуется этот метод, называются потенциометрами.

На рис. 5.14 показан простейший вариант компенсационного метода измерения ТЭДС.

ТЭДС термоэлектрического термометра включено в цепь с нуль-гальванометром НГ и делителем напряжения R_р, называемым реохордом. Падение напряжения U_ab на части делителя напряжения подключено встречно E_т. Перемещением точки b реохорда на делителе можно определить положение, когда ток в цепи термометра будет отсутствовать. В этот момент , и нуль-гальванометр покажет нуль. В этом положении измеряют силу тока I по показаниям миллиамперметра, определяют падение напряжения  и находят температуру по градуировочной таблице. Главная особенность этого метода состоит в том, что результат измерения не зависит от сопротивления термоэлектрической цепи.

Практическая реализация компенсационного метода осуществляется в потенциометрах с постоянной силой тока (рис. 5.15). Схема содержит источник питания напряжением E. Переменный резистор R_у служит для установки силы рабочего тока I.

Точная установка рабочего тока достигается установкой переключателя S в положение K-контроль, при котором на резисторе R_к сравнивается падение напряжения от источника питания с ЭДС E_н.э нормального элемента. Нормальный элемент – это стандартный электрохимический эталон постоянной ЭДС, известной с высокой степенью точности, равной 1,0186 В. Обычно величина сравнительного резистора принимается равной 509,3 Ом. Тогда при  рабочий ток