Уравновешенные мосты применяются в качестве вторичных приборов, работающих в комплекте с первичными преобразователями – электрическими термометрами сопротивления (рис. 1.2).
Рис. 1.2. Трехпроводная схема включения термометра
сопротивления в измерительный мост
Мост состоит из двух постоянных резисторов R 1 и R 3 и регулируемого R 2. В плечо bd включено измеряемое сопротивление R t. На рис. 1.2 изображена так называемая схема подключения термометра, когда сопротивление одного провода R пр последовательно соединено с регулируемым сопротивлением R 2, а второго – с сопротивлением термометра R t.
В диагональ питания cd включается источник питания, а в измерительную диагональ ab включается нуль–индикатор.
Мост называется уравновешенным, если в момент измерения ток I 0 в измерительной диагонали равен нулю. В соответствии с первым законом Кирхгофа токи в соответствующих плечах равны: I 1 = I 2 и I 3 = I t. Тогда согласно второму закону Кирхгофа падение напряжения на сопротивлениях R t и R 3 одинаково:
|
|
R 1× I 1 = R 3× I 3 (1.8)
Падение напряжения на сопротивлениях плеч ad и bd также одинаково:
I 2×(R 2 + R пр) = I t×(R t + R пр) (1.9)
Разделив равенство (1.8) на равенство (1.9), получим:
(1.10)
С учетом равенства сопротивлений R 1 и R 3 и токов I 1 = I 2, I 3 = I t имеем:
R t + R пр = R 2 + R пр (1.11)
Для измерения сопротивления термометра R t необходимо с помощью регулируемого сопротивления R 2 уравновесить мост, установив стрелку нуль индикатора на нулевую отметку. Тогда искомое сопротивление R t определяется по величине сопротивления R 2. Сопротивление соединительных проводов, которое может изменяться с изменением температуры окружающей среды, не оказывает влияния на результат измерения.
В автоматических уравновешенных мостах подвижный контакт регулируемого сопротивления – реохорда располагают в измерительной диагонали так, что регулируемое сопротивление оказывается размещенным в двух плечах. При этом переходное сопротивление контакта из–за отсутствия тока в момент уравновешивания не сказывается на результатах измерения (рис. 1.3).
Рис. 1.3. Схема автоматического уравновешенного моста
Регулируемое сопротивление содержит три параллельно соединенных резистора: R p – собственно реохорд, движок которого перемещается с помощью реверсивного двигателя для установления состояния равновесия; R ш – шунт реохорда; R п – резистор для подгонки заданного значения параллельного соединения сопротивления реохордной группы; R 1, R 2, R 3 – резисторы мостовой схемы; R д – добавочный резистор для подгонки тока; R б – резистор балластный в цепи питания для ограничения тока; R t – термометр сопротивления; R л – резисторы для подгонки сопротивлений соединительной линии.
|
|
При изменении температуры в объекте изменяется сопротивление термометра R t и мост выходит из равновесия. В измерительной диагонали моста появляется напряжение U ab, которое подается на вход электронного усилителя, являющегося нуль–индикатором. В зависимости от знака небаланса выходной вал реверсивного двигателя переместит движок реохорда до состояния равновесия моста, когда U ab = 0. Вместе с движком реохорда перемещается стрелка, указывающая значение измеряемой температуры. Шкалы автоматических мостов градуируют в градусах Международной практической шкалы с учетом градуировки термометра сопротивления. Последняя обязательно указывается на шкале прибора.
Выпускаются мосты одноточечные и многоточечные с записью на дисковой или ленточной диаграмме; классы точности автоматических мостов равны 0,25; 0,5 и 1,0. В автоматические мосты встраиваются электрические и пневматические регулирующие устройства и преобразователи [3].
При измерении температуры электрическими термометрами сопротивления основными источниками погрешностей измерения являются:
1. Отклонение градуировочной характеристики термометра сопротивления от стандартной градуировочной таблицы, что неизбежно при изготовлении термометра сопротивления.
2. Изменение сопротивления проводящих проводов с изменением температуры окружающей среды, даже при трехпроводной схеме подключения [2].
3. Основная погрешность и вариация прибора.
4. Отклонение температуры прибора от нормальной.