Средства измерения температуры

Классификация средств измерения температуры

Классификация средств измерения температуры ведется по используемому термометрическому свойству:

1. Изменение давления рабочего вещества при постоянном объеме:

Манометрические термометры

- газовые; пределы измерения -150…600⁰С;

- жидкостные; пределы измерения -150…600⁰С;

- конденсационные; пределы измерения -50…350⁰С.

2. Термоэлектрический эффект (термоЭДС)

Термоэлектрические преобразователи (термопары); пределы измерения -200…2200⁰С.

3. Измерение электрического сопротивления

- металлические термопреобразователи сопротивления; пределы измерения -260…1100⁰С;

- полупроводниковые термопреобразователи сопротивления; пределы измерения -240…300⁰С;

4. Пирометры излучения

- квазимонохроматические; пределы измерения 700…6000⁰С;

- спектрально отношения; пределы измерения 1400…2800⁰С;

- радиационные; пределы измерения 50…3500⁰С.

 

Манометрические термометры

Принцип действия манометрических термометров основан на зависимости давления рабочего вещества в замкнутом объеме от температуры. В соответствии с агрегатным состоянием рабочего вещества в термосистеме манометрические термометры подразделяются на газовые, жидкостные и конденсационные (парожидкостные).

Могут использоваться для измерения температур в диапазоне от -150 до +600⁰С. Диапазон измерения определяется свойствами рабочего вещества. Термометры с специальным наполнением могут применяться в диапазоне 100…1000⁰С.

Рис. 1 Схема манометричес- кого термометра

Термосистема манометрического термометра (рис. 1) состоит из термобаллона 1, капилляра 2, плоской трубчатой пружины 3. Термосистема заполнена рабочим веществом в указанной замкнутой системе. Термобаллон помещается в среду, температуру которой необходимо измерить. При нагревании рабочее вещество расширяется и, поскольку система замкнутая, внутри ее давление увеличивается. Вследствие этого плоская пружина стремиться принять круглый профиль и она распрямляется, а свободный конец перемещается. Перемещение через тягу 5 передается на зубчатый сектор 6, который находится в зацеплении с зубчатым колесом 7. На ось колеса насажена стрелка указателя 8, которая вместе со шкалой 9 образуют отсчетное устройство прибора.

 

Для создания противодействующего момента предусмотрена 10, один конец которой закреплен на зубчатом колесе, а другой – на станине прибора. Влияние температуры окружающей среды на показания прибора компенсируется биметаллическим или инварным компенсатором 4.

Термобаллон – цилиндр, изготовленный из латуни или специальных сталей, стойких к воздействиям агрессивных сред. Диаметр термобаллона 5…30 мм, длина – 60…500 мм.

Капилляр – медная или стальная трубка с внутренним диаметром 0,1…0,5 мм. Длина капилляра в зависимости от эксплуатационных требований колеблется от нескольких сантиметров до 60 м. Медные капилляры имеют стальную пружинную защитную оболочку, предохраняющую их от механических повреждений в процессе монтажа и эксплуатации.

Для улучшении метрологических характеристик к манометрическим пружинам предъявляется ряд требований. С целью уменьшения температурной погрешности пружина должна иметь по возможности малый объем. Пружина должна иметь возможность раскручиваться на больший угол и свободный ее конец должен обладать значительным тяговым усилием для механического перемещения дополнительных устройств.

В зависимости от конструкции измерительной системы манометрического термометра он бывает показывающий, самопишущий, бесшкальный со встроенным датчиком для дистанционной передачи показаний на расстояние.

Газовые манометрические термометры предназначены для измерения температур в диапазоне -150…600⁰С. Термометрическое вещество – гелий или азот. Принцип работы основан на законе Гей-Люссака:

P_t = P₀(1 + βt) (9)

где Р₀ и Р_t – давление при 0⁰С и при t;

β – термометрический коэффициент давления газа, равный 1/273,15 или 0,00366 К^-1.

 

Теоретически линейная связь между Р_t и t в соответствии с законом строго не сохраняется для реальных систем. Это связано с тем, что с изменением давления изменяется объем манометрической пружины, а с изменением температуры меняется объем термобаллона, а также происходит массообмен между термобаллоном и капиллярной трубкой. В тоже время эти изменения незначительны и практически можно считать, что шкалы газовых манометрических термометров равномерны.

Жидкостные манометрические термометры. В качестве термометрического вещества используется ртуть под давлением 10…15 МПа при нормальной температуре или толуол, ксилол, пропиловый спирт, силиконовые жидкости и т.п.вещества при давлении 0,5…5 МПа. При ртутном заполнении диапазон измерений составляет -30…600⁰С, а для органических жидкостей – 150…300⁰С.

Ввиду того, что жидкость практически несжимаема, объем термобаллона жидкостных манометрических термометров в отличии от газовых должен быть согласован со свойствами используемой манометрической пружины.

При изменении температуры в диапазоне от начальной t _н до конечной t_к их термобаллона объемом V_τ вытесняется жидкость объемом DV_τ:

DV_τ = V_τ(β_ж - 3α)( t_к - t _н) (10)

где β_ж – температурный коэффициент объемного расширения жидкости;

α – коэффициент линейного расширения материала термобаллона.

В жидкостных манометрических термометрах, как и в газовых, имеет место погрешность от изменения температуры окружающей среды. Для уменьшения этой погрешности принимаются те же меры, что и для компенсации указанной погрешности в газовых термометрах. Действие инварного компенсатора основано на том, что в капиллярную трубку помещается проволока из инвара и рабочее вещество оказывается в кольцевом зазоре между проволокой и стенкой капилляра. Диаметр проволоки выбирают таким, чтобы при повышении температуры в капилляре приращение кольцевого зазора было тем же, что и приращение объема жидкости в зазоре.

Манометрическим жидкостным термометрам свойственна гидростатическая погрешность, вызванная различным расположением измерительной части относительно термобаллона по высоте. Эта погрешность устраняется после монтажа прибора путем смещения указателя прибора на нужное деление по шкале.

Капилляр в этих термометрах опущен в термобаллон так, чтобы его открытый конец находился в жидкости и в том случае, когда при максимальной температуре в термобаллоне остается часть жидкости. Капилляр и манометрическая пружина заполняется обычно высококипящей жидкостью, которая служит для передачи давления от термобаллона к манометрической пружине. Принцип работы конденсационных термометров основан на зависимости давления Р насыщенного пара

Конденсационные манометрические термометры. В качестве термометрического вещества в этих термометрах используются легкокипящие жидкости, в частности пропан, этиловый эфир, ацетон, толуол, хлористый метил и т.п. В зависимости от используемого рабочего вещества диапазон измерений лежит в интервале -50…+350⁰С. Специально изготовленные конденсационные термометры применяются для измерения сверхнизких температур. Например, при заполнении гелием можно измерять температуру от 0,8К. Термобаллон термометра заполнен конденсатом на 0,7…0,75 объема, а над конденсатом находится насыщенный пар этой же жидкости (рис. 2).

Рис. 2 Термобаллон

конденсационного

термометра

 

низкокипящих жидкостей от температуры Т:

(11)

где L – скрытая теплота испарения;

V_п и V_ж – удельные объемы пара и жидкости соответственно.

 

Давление в термосистеме конденсационного термометра равно давлению насыщенного пара при температуре рабочей жидкости, которая, в свою очередь, равна температуре измеряемой среды с помещенным в нее термобаллоном. Зависимость давления насыщенного пара от температуры однозначна (до критической температуры), но нелинейна, вследствие чего шкалы конденсационных термометров имеют значительную неравномерность. Для получения равномерной шкалы конденсационные термометры снабжают специальным линеаризирующим устройством. Рабочее давление в конденсационных термометрах зависит только от пределов измерения и закона изменения давления насыщенного пара от температуры.

В связи с этим изменение температуры окружающей среды не оказывают влияния на показания прибора. Действительно, если повышается температура капилляра и манометрической пружины, то объем наполняющей их жидкости увеличивается и частично вытесняется в Термобаллон, где часть объема насыщенного пара сконденсируется и давление в термосистеме не изменится. В силу того, что Термобаллон может быть выполнен малых размеров, эти термометры менее инерционны, чем другие. Кроме того, они более чувствительны, так как давление насыщенного пара резко изменяется с изменением температуры.

Конденсационным термометрам присуща гидростатическая погрешность и погрешность от изменения барометрического давления. Первая компенсируется аналогично жидкостным. Вторая имеет место лишь на начальном участке шкалы, когда давление в термосистеме невелико.

Манометрические термометры – достаточно простые устройства, позволяющие осуществлять автоматическую регистрацию измерений и передачу их на расстояние. Важное достоинство – возможность использования их на взрывоопасных объектах. Недостатки: необходимость частой поверки из-за возможной разгерметизации прибора и сложность ремонта.

Промышленные манометрические термометры имеют класс точности 1…4.

Передаточная функция манометрического термометра может иметь вид:

(12)

 

Термоэлектрические термометры

Измерение температуры термоэлектрическими термометрами – термоэлектрическими преобразователями (ТЭП) основано на использовании открытого в 1821 году немецким физиком Томасом Иоганном Зеебеком термоэлектрического эффекта.

Термоэлектрический преобразователь представляет собой цепь, состоящую из двух или нескольких соединенных между собой разнородных проводников.

На схеме представлена цепь, состоящая из двух проводников (термоэлектродов) А и В. Места соединений электродов 1 и 2 называют спаями. Зеебеком было установлено, что если температуры спаев t и t0 не равны, то в замкнутой цепи будет протекать ток. Направление этого тока, называемого термотоком, зависит от соотношения температур спаев, т.е. если t > t0, то ток протекает в одном направлении, и при t < t0 – в другом.

Рис. 3 Схема ТЭП

 

 

При размыкании такой цепи на ее концах может быть измерена так называемая термоэлектродвижущая сила (термоЭДС). Следует отметить, что рассматриваемый эффект обладает обратным свойством: если в такую цепь из вне подать электрический ток, то один спай будет охлаждаться, а другой – нагреваться (эффект Пельтье, Жан Шарль Атаназ; французский физик).

Возникновение термоЭДС в современной физике объясняют различной работой выхода электронов различных металлов и поэтому при соприкосновении этих металлов возникает контактная разность потенциалов. Кроме того, при различии температур концов проводников в них возникает диффузия электронов, приводящих к возникновению разности потенциалов на концах проводников. Т.о., оба указанных фактора – контактная разность потенциалов и диффузия электронов – являются слагаемыми результирующей термоЭДС цепи, значение которой в конечном итоге зависит от природы термоэлектродов и разности температур спаев ТЭП.

Для математической формализации соотношения между контактной термоЭДС и результирующей термоЭДС цепи необходимо принять ряд условий. Один термоэлектрод, от которого в спае с меньшей температурой ток идет к другому термоэлектроду, принято считать положительным, а другой – отрицательным.

Обозначим контактную термоЭДС в спае между электродами А и В при температуре t как е_АВ(t). Указанная запись означает, что если электрод А положительный и он в написании идет первым, то термоЭДС е_АВ(t) имеет положительный знак.

При принятом условии запись е_ВА(t) будет означать, что эта термоЭДС учтена с отрицательным знаком в соответствии с законом Вольта: в замкнутой цепи из двух разнородных проводников при равновесии температур спаев термоток цепи равен нулю.

Исходя из этого можно заключить, что если спаи 1 и 2 имеют одну и туже температуру, например t₀, то контактные термоЭДС в каждом спае равны между собой и действуют навстречу, и поэтому результирующая термоЭДС такого контура Е_АВ(t₀ t₀) равна нулю, т.е.:

Е_АВ(t₀ t₀) = e_AB(t₀) – e_AB(t₀) = 0 (13)

или с учетом того, что e_AB(t₀) = - e_BА(t₀),

Е_АВ(t₀ t₀) = e_AB(t₀) + e_BА(t₀) = 0 (14)

 

Рассматривая это выражение с формальной точки зрения, можно принять следующее правило: результирующая термоЭДС контура равна арифметической сумме контактных термоЭДС, в символе которых очередность записи термоэлектродов соответствует направлению обхода контура (например, против движения часовой стрелки).

Для замкнутой цепи (рис. 3) результирующая термоЭДС составит:

Е_АВ(t t₀) = e_AB(t) + e_ВА(t₀) (15)

или Е_АВ(t t₀) = e_AB(t) – e_АВ(t₀) (16)

это уравнение называют основным уравнением ТЭП. Из него следует, что возникающая в контуре термоЭДС Е_АВ(t t₀) зависит от разности функций температур t и t₀. Если сделать t₀ = const, то

e_AB(t₀) = с = const

и Е_АВ(tt₀)_t=const = e_AB(t) – c = f(t) (17)

При известной зависимости путем измерения термоЭДС в контуре ТЭП может быть найдена температура t в объекте измерения, если температура t = const. Спай, погружаемый в объект измерения, называют рабочим (горячим) спаем или концом, а спай вне объекта – свободным (холодным) спаем или концом.

Следует отметить, что в явном виде зависимость

E = f(t) (18)

для конкретно используемых термоэлектродных материалов пока не может быть получена аналитически с достаточной точностью. Поэтому при измерении температур эта зависимость для различных ТЭП устанавливается экспериментальным путем методом градуировки и последующего нормирования или построения графика зависимости термоЭДС от температуры. В процессе градуировки температура свободных концов ТЭП должна поддерживаться постоянной на уровне t₀ = 0⁰C.

Необходимо подчеркнуть, что генерируемая в контуре ТЭП термоЭДС зависит только от химического состава термоэлектродов и температуры спаев и не зависит от размеров термоэлектродов и спаев.

Включение измерительного прибора в цепь ТЭП. Для измерения термоЭДС в цепь ТЭП включают измерительный прибор по одной из двух схем:

Рис. 4 Схемы включения прибора в цепь ТЭП

 

Обе схемы включения прибора можно представить как включение в цепь еще одного проводника С. При включении измерительного в разрыв спая свободного конца (схема а) ТЭП имеет один рабочий спай 1 и два свободных спая 2 и 3.

При включении по схеме б ТЭП имеет четыре спая: рабочий 1, свободный 2 и два нейтральных 3 и 4 при постоянной температуре t₁. Несмотря на внешнее различие схем, термоЭДС в обоих случаях будут одинаковы, если концы проводника С будут равны.

Для схемы а имеем:

Е_АВС(tt₀t₀) = e_AB(t) + e_ВC(t₀) + e_CA(t₀) = 0 (19)

Если температура всех спаев одинакова, то

E_ABC(t₀t₀t₀) = e_AB(t₀) ₊ e_BC(t₀) + e_CA(t₀) = 0 (20)

Тогда

e_BА(t₀) = e_BC(t₀) + e_CA(t₀) (21)

Подставляя (21) в (19), получим

E_ABC(tt₀t₀) = e_AB(t) + e_BA(t₀) = e_AB(t₀) = e_AB(t) – e_AB(t₀) = E(tt₀) (22)

т.е. уравнение полностью совпадает с основным уравнением ТЭП.

Для цепи б имеем:

Е_АВС(tt₁t₀) = e_AB(t) + e_BC(t₁) + e_CB(t₁) + e_BA(t₀) (22)

Учитывая, что e_BC(t₁) = - e_CB(t₁) и e_BA(t₀) = -e_AB(t₀), то

Е_АВС(tt₁t₀) = e_AB(t) - e_AB(t₀) = E(tt₀), (23)

т.е. уравнение (23) полностью совпадает с основным уравнением ТЭП.

Это свидетельствует, что введение третьего проводника на влияет на величину термоЭДС, и таким образом обе схемы включения измерительного прибора правомочны.

Поправка на температуру свободных концов ТЭП. Если температура t₀’ свободных концов ТЭП отлична от нуля, то показание измерительного прибора при температуре tрабочих концов будет соответствовать генерируемой в этом случае термоЭДС, равной

E(tt₀^’) = e_AB(t) - e_AB(t₀^’) (24)

Как отмечалось, градуировочная таблица или график зависимости термоЭДС от температуры соответствует условию, когда температура t₀ свободных концов термопары равна нулю. Если это условие сохраняется в процессе измерения, то

Е_АВ(t₀ t₀) = e_AB(t) – e_AB(t₀) (25)

Вычтем из (25) выражение (24), тогда

E_AB(tt₀) = E(tt₀^’) + [e_AB(t₀^’) – e_AB(t₀)] (26)

или

E_AB(tt₀) = E_AB(tt₀^’) + E_AB(t₀^’t₀) (27)

 

Здесь E_AB(t₀^’t₀) представляет собой поправку, определяемую из градуировочных данных используемых ТЭП по измеренной температуре свободных концов. Найденное значение E_AB(t₀^’t₀) прибавляется к измеренному прибором значению температуры E_AB(t₀^’t₀), если t₀^’ > t₀ = 0, и отнимается при t₀^’ < t₀ = 0. по значению полученного результата из градуировочной таблицы или графика находят искомую температуру.

Удлиняющие провода и термостатирование свободных концов. Для исключения влияния температуры измеряемого объекта на свободные концы ТЭП их следует удалить из зоны с переменной температурой. Для этого целесообразно удлинять не сами термоэлектроды, а продлевать их с помощью специальных проводов. Если провода выбраны правильно, то места их подключения к измерительному прибору рассматриваются как свободные концы.

Условия, которым должны отвечать термоэлектродные провода, определим из схемы рис. 5.

 

Рис. 5 Схема соединения ТЭП с ИП

термокомпенсационными проводами

 

Развиваемая в цепи термоЭДС

E = e_AB(t) + e_BD(t₁) + e_DC(t₀) + e_CF(t₀) +e_FA(t₁) (28)

Если принять, что все спаи имеют температуру t₁, то

e_AB(t₁) + e_BD(t₁) + e_DC(t₁) + e_CF(t₁) +e_FA(t₁) = 0 (29)

Вычитая (29) из (28) и имея ввиду уравнение (21), получим

Е = [e_AB(t) - e_AB(t₁)] + [e_FD(t₁) – e_FD(t₀)] = E_AB(tt₁) + E_FD(t₁t₀) (30)

Пусть провода F и D имеют характеристику, совпадающую с термоэлектродами в интервале 0⁰С…100 ~ 120⁰С, то есть

E_FD(t₁t₀) = E_AB(t₁t₀) (31)

Тогда получим

Е = E_AB(tt₁) + E_AB(t₁t₀) = E_AB(tt₀) (32)

Отсюда следует, что правильно подобранные провода не создают в цепи ТЭП паразитных термоЭДС и не искажают результатов измерения.

В практике подбор проводов производят по таблицам.

Свободные концы, удаленные от объекта измерения, подлежат термостатированию. Термостатирование при t = 0⁰С осуществляется путем погружения концов в пробирку с маслом, находящуюся в сосуде Дьюара с тающим льдом.

Для поддержания свободных концов при температуре, отличной от 0⁰С, используют коробки холодных спаев КХС, снабженные простым автоматическим биметаллическим терморегулятором. Обычно поддерживается температура 5060,5⁰С.

Способы соединения ТЭП. Соединяя между собой термопары различным образом, можно для конкретных задач измерения значительно улучшить их точность.

 

Рис. 6 Схемы соединения термоэлектрических преобразователей

 

При необходимости измерения разности температур используется дифференциальный способ соединения (рис. 6а). Здесь оба конца 1 и 2 являются рабочими и помещаются в среды с температурами t₁ и t₂. Нейтральные концы 3 и 4 должны иметь одинаковую температуру t₀. По развиваемой в контуре термоЭДС E(t₁t₂) определяют разность t₁ – t₂, используя соответствующий участок градуировочной кривой.

Если температура t измеряемого объекта незначительно отличается от температуры t₀ свободных концов ТЭП, то используют термобатарею, представляющую собой систему из n последовательно включенных ТЭП. Суммарная термоЭДС в контуре батареи в n раз больше, чем в одном ТЭП, т.е. равна nE_AB(tt₀), благодаря чему увеличивается чувствительность измерения.

Термобатареи, собранные по схеме в рис. 6, называют дифференциальными преобразователями, с помощью которых измеряют любую разность температур. Здесь спаи 1 и 2 являются рабочими и располагаются в средах с температурами t₁ и t₂, a спаи 3 и 4 действительно нейтральными с одинаковой температурой t₀. Результирующая термоЭДС равна nE(t₁t₂).

Требования к материалам ТЭП. Несмотря на то, что любые два проводника способны развивать термоЭДС, лишь ограниченное число термоэлектродов используются для создания ТЭП.

К материалам термоэлектродов предъявляется ряд требований:

- однозначная и по возможности близкая к линейной зависимость термоЭДС от температуры;

- жаростойкость и механическая прочность с целью измерения высоких температур;

- химическая инертность;

- термоэлектрическая однородность материала электрода по его длине, что позволяет восстанавливать рабочий спай без переградуировки, а также менять глубину его погружения;

- технологичность изготовления с целью получения взаимозаменяемости по термоэлектрическим свойствам материалов;

- дешевизна;

- стабильность и воспроизводимость термоэлектрических свойств, что позволяет создать стандартные градуировки.

Ни один из существующих в настоящее время материалов не удовлетворяет полностью всем требованиям, в результате чего для различных пределов измерений термоэлектроды из различных материалов.

Сегодня наша промышленность выпускает достаточно большое количество типов ТЭП, способных измерять температуры в диапазоне от -270⁰С до 2500⁰С. Межгосударственный стандарт ГОСТ 6616-94 «Преобразователи термоэлектрические. Общие технические условия» определяет понятия термоэлектрического преобразователя и термопары. Термоэлектрический преобразователь – устройство с металлическими термопарами в качестве термочувствительных элементов, предназначенных для измерения температуры. Термопара – два проводника из разнородных материалов, соединенных на одном конце и образующих часть устройства, использующего термоэлектрический эффект для измерения температуры. В стандарте нормализованы требования к 12 типам термопар (ТП), некоторые из них представлены в таблице 1.

 

Таблица 1 Характеристика основных видов ТП

Тип термопары	Обозначение МЭК	Буквенное обозначение НСХ	Хим.состав электродов, %	Пределы измерения, 0С
положительный	отрицательный	нижний	верхний	кратковременный
Медь-константановая ТМКн	Cu-CuNi	T	Cu	Cu+(40-45)Ni+1,0Mn+0,7Fe	-200
Хромель-копелевая ТХК	_	L	Ni+9,5Cr	Cu+(42-44)Ni+0,5Mn+0,1Fe	-200
Хромeль-константановая ТХКн	NiCr-CuNi	E	Ni+9,5Cr	Cu+(40-45)Ni+1,0Mn+0,7Fe	-200

 

Продолжение табл. 1

Железо-константановая ТЖК	Fe-CuNi	J	Fe	Cu+(40-45)Ni+1,0Mn+0,7Fe	-200
Хромель-алюмелевая ТХА	NiCr-NiAl	K	Ni+9,5Cr	Ni+1Si+2Al+2,5Mn	-200
Нихросил-нисиловая ТНН	NiCrSi-NiSi	N	Ni+14,2Cr+1,4Si	Ni+4,5Si+0,1Mg	-270
Плaтинородий-платновые ТПП13 ТПП10	_	R S	Pt+13Rh Pt+10Rh	Pt   Pt
Плaтинородий-платинородиевая	_	B	Pt+30Rh	Pt+6Rh			_
Вольфрамрений-вольфрамрениевые (А-1; А-2; А-3)	_	_	W=5%Re	W+20%Re

 

При выборе термопар особое внимание необходимо обращать на рабочую атмосферу измеряемой среды. Некоторые типы термопар имеют ограниченную область применения из-за своего химического состава или вредного воздействия рабочей среды на материалы термоэлектродов.

Рабочие среды подразделяются на окислительную, восстановительную и инертную. Под окислительной средой обычно подразумевается воздух (21% объема О₂) или смесь газов при избытке кислорода, в которой происходит окисление вещества. Присоединение атомами кислорода (образование оксида) – частный случай реакции окисления. Слабоокислительная среда содержит кислород в смеси газов на уровне 2…3%. В восстановительной среде идут химические реакции, в которых атомы и ионы присоединяют электроны. При этом происходит понижение валентности элемента. Примеры восстановительных сред – сухой водород Н₂, СО, углесодержащие газовые среды, эндогаз, экзогаз, коксовый и доменный газы, диссоциированный аммиак, выхлопные газы камер сгорания. Инертная среда существует в газах N₂, Ar, He и других инертных.

Рекомендуемые рабочие атмосферы для различных типов термопар приведены в таблице 2.

 

Таблица 2 Рекомендуемые рабочие атмосферы

Тип термопары	Рабочие атмосферы
окислительная	восстановительная	инертная	вакуум
ТМКн (Т)	++	+	+	+
ТХК	++	-	+	+
ТХКн (Е)	++	-	+	+
ТЖК (J)	++	++	+	+
ТХА (К)	++	-	+	+
ТНН (N)	++	-	+	+
ТПП(R,S)	++	-	+	+
ТПР (В)	++	-	+	+
ТВР	-	Н2++	++	++

Примечания: 1. «++» - рекомендуемая атмосфера;

2. «+» - эксплуатация в данной атмосфере возможна;

3. «-» - нерекомендуемая атмосфера.

 

Конструкция ТЭП. Для предохранения от механических повреждений и вредного влияния объекта измерения термоэлектроды преобразователя помещают в защитную арматуру. На рис. 7 показано устройство стандартного термоэлектрического преобразователя.

В жесткой защитной гильзе 1 расположены термоэлектроды 3 с надетыми на них изоляционными бусами 4. Горячий спай 2 касается дна гильзы или может быть изолирован от него с помощью керамического наконечника. К термоэлектродам в головке 8 винтами 6 на розетке 5 подсоединяются удлинительные провода 7. Защитная гильза вместе с термоэлектродами вводится в объект измерения и крепится на нем с помощью штуцера 9.

Для обеспечения надежного контакта спай 2 изготавливают сваркой, реже пайкой или скруткой. Защитную гильзу 1 выполняют в виде цилиндрической трубки из газонепроницаемых материалов диаметром от 5 до 25 мм и длиной в зависимости от необходимости 100…3500 мм. Гильза как правило изготавливается из жаропрочных сталей. Для высоких температур используется специальная керамика.

Рис. 7 Конструкция ТЭП

 

Диаметр электродов 0,5…3 мм. Выбор конструкции ТЭП производится в зависимости от конкретных условий измерений.

Динамическая характеристика ТЭП в общем виде записывается в виде передаточной функции

(33)

Значения постоянной времени Т и транспортного запаздывания τ зависит от конструктивных размеров и используемых материалов защитных гильз. Для выпускаемых промышленностью ТЭП эти величины находятся в пределах Т = 1,5…8 мин, и τ = 9…30 с, а τ/Т = 0,11…0,78.

 

Средства измерения сигналов ТЭП

В качестве средств измерений, работающих в комплекте с ТЭП, используются милливольтметры магнитоэлектрической системы, потенциометры и нормирующие преобразователи.

Механизм состоит из рамки 2, вращающейся в кольцевом зазоре между полюсами постоянного магнита 4 и цилиндрического сердечника 1 из мягкой стали. Рамка 2 вместе со стрелкой 5 отсчетного устройства закреплена на подпятниках. Установленные на кернах спиральные пружины, создающие противодействующий момент повороту рамки,

Магнитоэлектрический милливольтметр. Схема измерительного механизма прибора показана на рис. 8.

 

Рис. 8 Схема измерительного

механизма милливольтметра

 

крепятся одним концом к оси, другим – к неподвижной части прибора. Они же являются токоподводами.

Рамка представляет собой прямоугольник длиной l и шириной 2r и состоит из n витков тонкой медной проволоки. Благодаря сердечнику 1, расположенному внутри рамки, последняя оказывается под действием равномерного и радиального магнитного поля, в силу чего независимо от угла поворота рамки, плоскость ее оказывается параллельной вектору магнитной индукции В.

При протекании по рамке электрического тока I на подвижную систему действует магнитоэлектрический момент

М_МЭ = 2rlBI (34)

где 2r – ширина рамки;

l – длина рамки.

Противодействующий момент М_ПР, созданный спиральной пружиной или подвеской, равен

М_ПР = Wφ (35)

где W – удельный противодействующий момент;

φ – угол поворота рамки.

 

При некотором угле поворота φ имеем

М_ПР = М_МЭ (36)

т.е. Wφ = 2rlBI (37)

или (38)

где S₁ = φ/I – чувствительность измерительного механизма к току, рад/А.

Для получения зависимости угла поворота рамки от напряжения U, подведенного к прибору с внутренним сопротивлением R_М, из (38) имеем

(39)

где S_U = S₁/R_M = φ/U – чувствительность прибора к напряжению.

Из (39) следует, что чувствительность к напряжению тем меньше чувствительности к току, чем больше внутреннее сопротивление прибора.

Измерение термоЭДС милливольтметром осуществляется по схеме, представленной на рис. 9.

 

Рис. 9 Схема измерения термоЭДС милливольтметром

 

Генерируемая ТЭП термоЭДС Е_АВ(tt₀) создает в замкнутой цепи ток

(40)

где R_AB, R_FD, R_C, R_У, R_Р, R_Д – сопротивления термоэлектродов АВ, удлинительных проводов FD, соединительных линий С, уравнительной катушки, рамки милливольтметра, добавочной катушки соответственно;

R_BH = (R_AB + R_FD + R_C + R_У) – внешнее по отношению к зажимам ab прибора сопротивление цепи;

R_M = (R_Р + R_Д) – внутреннее сопротивление милливольтметра.

Представим (40) в виде

U_ab = IR_M = Е_АВ(tt₀) - IR_ВН (41)

Из (41) видно, что измеряемое милливольтметром напряжение U_ab, подведенное к его зажимам ab, всегда меньше, чем ЭДС в цепи, на значение падения напряжения IR_ВН во внешней цепи, обусловленного проходящим в контуре током.

В силу того, что сведение к нулю IR_ВН при использовании милливольтметра невозможно, следовательно принципиально невозможно непосредственное измерение ЭДС милливольтметром. В то же время при соблюдении определенных условий измерения с некоторой погрешностью можно принять, что показания милливольтметра однозначно зависят от развиваемой в цепи термоЭДС.

Подставляя (40) в (38), получим

(42)

Отсюда следует, что если иметь R_BH + R_M = const, то между показаниями φ милливольтметра и измеряемой термоЭДС была однозначная зависимость и шкалу прибора можно было бы градуировать в градусах, соответствующих термоЭДС для данного ТЭП. В то же время внутреннее и внешнее сопротивления меняются в зависимости от температуры окружающей среды, что приводит к погрешности измерения.

Покажем, что уменьшение погрешности может быть достигнуто за счет уменьшения отношения R_BH/ R_M и уменьшения R_Р /R_M.

Преобразим (40) к виду

(43)

Из выражения (43) видно, что чем меньше отношение R_BH/ R_M по сравнению с единицей, тем в меньшей мере изменение этого отношения, вызванного, например, изменением температуры окружающей среды, сказывается на линейной связи между U_ab и Е_АВ(tt₀). Уменьшение отношения R_BH/ R_M возможно за счет увеличения R_M. Так как рамка милливольтметра выполнена из медной проволоки сопротивлением R_P, то R_M увеличивают путем увеличения последовательно соединенного с ней добавочного сопротивления R_Д, выполненного в виде манганиновой катушки. Значительное увеличение R_M приводит к снижению чувствительности по напряжению S_U милливольтметра. Обычно R_M = 100…500 Ом, а отношение R_Р /R_M ≤ 1/3, что значительно уменьшает температурный коэффициент прибора. Значение R_BH стандартизовано в пределах 0,6…25 Ом и указано на шкале прибора.

Таким образом, использование градусной шкалы милливольтметра возможно, если градуировка ТЭП соответствует градуировке, указанной на шкале. При этом необходимо подогнать сопротивление внешней линии к значению R_BH, указанному не шкале прибора, с помощью подгоночного сопротивления R_У.

Милливольтметры, предназначенные для работы с ТЭП, по конструктивному исполнению бывают переносные и стационарные (щитовые). Стационарные милливольтметры имеют только градусную шкалу. Промышленностью выпускаются показывающие, самопишущие и регулирующие классов точности 0,5; 1,0; 1,5; 2,0.

 

Потенциометры. Принцип действия этих приборов основан на уравновешивании (компенсации) неизвестной ЭДС известным падением напряжения, создаваемым током от дополнительного источника. Схема, поясняющая компенсационный метод измерения ЭДС, показана на рис. 10.

Рис. 10 Принципиальная схема потенциометра

 

Замкнутый контур I содержит дополнительный источник тока напряжением Е_б и реохорд (компенсационный резистор) R_ab. Этот контур называют компенсационным. Контур измерения II включает в себя ТЭП, термоЭДС Е_АВ(tt₀) которого измеряется, и высоко чувствительный гальванометр, выполняющий функцию нуль-индикатора (НИ), а также R_ac реохорда от точки «а» до подвижного контакта «с».

Измеряемый источник Е_АВ(tt₀) включен навстречу дополнительному источнику Е_б так, что токи от обоих источников на участке R_ac идут в одном направлении. Если обозначить ток, проходящий в контуре I, через I_б (рабочий ток), а ток для контура II при некотором положении движка С через I_т, то на основании закона Кирхгофа для контура II справедливо равенство

Е_АВ(tt₀) = I_т R_ВН + I_т R_НИ + I_т R_ас + I_б R_ас (44)

где R_ВН – сопротивление проводов, включая ТЭП;

R_НИ – сопротивление нуль-индикатора.

Откуда

(45)

Перемещая движок С, можно добиться того, чтобы I_т стал равным нулю. Это определится показанием нуль-индикатора, и тогда

Е_АВ(tt₀) = I_б R_ас (46)

 

Полученное равенство указывает на то, что если в контуре, где расположен источник измеряемой ЭДС, ток равен нулю, то падение напряжения на участке R_ac служит мерой измеряемой ЭДС. Преимуществом компенсационного метода является отсутствие тока в цепи в момент измерения. Это исключает необходимость учета сопротивления внешней цепи и изменения сопротивления этой цепи от температуры.

Компенсирующее напряжение I_бR_ac можно измерять двумя методами:

- поддерживая значение I_б на постоянном уровне, изменять сопротивление R_ac;

- сохраняя сопротивление R_ac постоянным, изменять значение рабочего тока I_б.

Наибольшее распространение получил потенциометр с постоянной силой рабочего тока.

Автоматический потенциометр. Измерительная схема автоматического потенциометра представлена на рис. 11.

Работа схемы основана на принципе постоянства силы рабочего тока. Здесь предусматриваются два контура компенсации напряжения II и III. Контур III, содержащий в цепи резистор R_M из медной проволоки, служит для автоматического введения поправки на температуру свободных концов ТЭП. Свободные концы ТЭП с помощью удлинительных проводов FD подводятся к резистору R_M и находятся при одной температуре с ним. Остальные резисторы измерительной схемы потенциометра выполняют из манганина.

Для питания измерительных контуров II и III в современных потенциометрах применяют вместо батареи постоянного тока источник стабилизированного питания ИПС, в котором входное напряжение переменного тока 6,3 В выпрямляется и стабилизируется в выходное напряжение постоянного тока 5 В при нагрузке 1 кОм и токе нагрузки I₀, равном 5 мА. При работе ИПС в составе потенциометра напряжение между точками к и d равно 1019 мВ. С вводом ИПС в измерительную схему отпала необходимость контроля рабочего тока, упростилась кинематика механизма, повысилась надежность прибора.

 

Рис. 11 Измерительная схема автоматического потенциометра

 

Подключение к клеммам К₁ и К₂ нормального элемента и последовательно соединенного с ним нуль-индикатора осуществляется для контроля рабочего тока I₂ лишь при поверке и градуировке прибора. При этом U_ke= I₂R_к=Е_нэ. Обычно R_к = 509,3 Ом, тогда I₂ = 2 мА; R_у – резистор для установки рабочего тока I₂; R_пр – значение сопротивления реохордной группы, состоящей из трех параллельно соединенных резисторов: собственно реохорда R_р, шунта R_ш и сопротивления R_п.

Такая конструкция реохордной группы обусловлена тем, что при необходимости изменения пределов измерения прибора возможно, не трогая реохорд, изменить общее сопротивление R_р за счет изменения сопротивления R_п, а иногда и R_ш, оставляя при этом R_р стандартным. Реохорд изготавливается из проволоки специального сплава и является ответственным узлом схемы.

Резисторы R_п и R_б служат для установления начального значения шкалы прибора и значения тока I₁=3 мА. В качестве нуль-индикатора в автоматических потенциометрах используется электронный усилитель ЭУ, на входе которого установлен модулятор МОД для преобразования сигнала разбаланса напряжения постоянного тока DU в переменное напряжение. Для предохранения усилителя от наводок и помех, возникающего в цепи ТЭП под влиянием электромагнитных полей, предусмотрен фильтр, состоящий из резистора R_ф и конденсатора С_ф.

Работа. Пусть при некотором значении измеряемой термоЭДС и некотором положении движка С ток во втором контуре измерения равен нулю, т.е. термоЭДС скомпенсирована падением напряжения U_ce на участке cbde. Тогда сигнал разбаланса DU = Е_АВ(tt₀) - U_ce равен нулю. При сигнале DU ≠ 0 на выходе усилителя в соответствии с абсолютным значением и знаком разбаланса формируется управляющий сигнал, в соответствии с которым реверсивный двигатель перемещает движок реохорда С до тех пор, пока DU не станет равным нулю. Одновременно с движком по шкале прибора перемещается указатель.

Выпускаемые промышленностью автоматические потенциометры, различаясь по конструктивному исполнению, имеют одинаковую измерительную схему (рис. 11). При решении задач автоматического контроля и регулирования на практике оказывается необходимым с точки зрения увеличения точности измерения температуры конкретного объекта изменить стандартный диапазон измерения. Значения сопротивления резисторов измерительной схемы для заданного диапазона можно получить из следующих соотношений.

Для заданных начального t_min и конечного t_max значений температуры по шкале прибора для конкретного ТЭП из таблиц определяют E_AB(t_maxt₀) и E_AB(t_mint₀). Падение напряжения U_ab на сопротивлениях реохордной группы равно диапазону измерения прибора, т.е.

U_ab = I₁R_пр = E_AB(t_maxt₀) – E_AB(t_mint₀). (47)

Отсюда определяют значение R_пр, принимая I₁ = 3 мА. Так как

R_P = 130 Ом и R₂ =90 Ом или 100 Ом, по найденному значению R_ПР определяют R_П. Значение R_н подбирают из условия

E_AB(t_mint₀) = U_be = I₁R_H – I₂(R_M)_t0. (48)

Отсюда

(49)

Значение резистора R_б определяется из условия постоянства тока I₁ = 3 мА:

I₁(R_б + R_ПР + R_H) = U_dk = I₂[R_k + (R_M)_t0], (50)

откуда

(51)

или

(52)

Автоматические потенциометры выпускаются в виде показывающих, регистрирующих и регулирующих приборов, с цифровой или стрелочной индикацией. В них могут быть встроены устройства для регулирования или для дистанционной передачи показаний. Классы точности 0,25; 0,5 и 1,0.

Нормирующий преобразователь для термоЭДС. Для преобразования сигнала ТЭП в унифицированный токовый, по напряжению или цифровой применяют нормирующие преобразователи. Эти приборы обеспечивают информационную связь между датчиком и регулирующим устройством, имеющим унифицированный вход, а также между датчиком и компьютером.

Нормирующие преобразователи не представляют измерительную информацию для визуального контроля, а преобразуют и передают ее другим устройствам в удобном для них виде.

Рассмотрим работу нормирующего преобразователя (НП), вырабатывающего выходной сигнал 0…5 мА.

В основу работы НП положен компенсационный метод измерения термоЭДС с использованием схемы потенциометра с переменной силой рабочего тока. Схема преобразователя приведена на рис. 12.

Рис. 12 Схема нормирующего преобразователя

 

Контур I содержит корректирующий мост КМ, усилитель У₁ с токовым выходом I_вых и резистор R_кн. К контуру I проводами F и D подсоединен ТЭП. Корректирующий мост предназначен для введения автоматической поправки на температуру свободного конца ТЭП, а также компенсации начальной термоЭДС в преобразователях, нижний предел измерения которых не равен нулю градусов. К диагонали ab питания моста подведено напряжение постоянного тока от стабилизированного источника питания. Резисторы R₁, R₂ и R₃ – манганиновые, резистор R_М – из медного провода. Усилитель У₁ состоит из двух каскадов: магнитного УМ, выполненного по двухтактной двухполупериодной схеме, и полупроводникового усилителя УП, работающего в режиме усиления постоянного тока. Усилитель У₁ выполняет функции нуль-индикатора.

Контур компенсации II включает в себя R_кн и усилитель обратной связи У₂. Он аналогичен усилителю У₁, но включен с глубокой отрицательной обратной связью по выходному току усилителя. Выходной ток I_ос усилителя У₂ является рабочим током контура II и при прохождении этого тока по резистору R_кн на нем создается компенсирующее напряжение

U_кн = I_ос R_кн. (53)

Со стороны контура I к резистору R_ab подводится сигнал ТЭП E_AB(tt^’₀), сложенный с напряжением U_cd, создаваемым в измерительной диагонали cd корректирующего моста КМ. Это напряжение равно поправке на температуру свободных концов ТЭП, т.е. U_cd = E_AB(t^’₀ t₀). Таким образом, этот суммарный сигнал, равный E_AB(tt₀) = E_AB(tt^’₀) + U_cd, сравнивается с напряжением U_кн. Разбаланс, равный DU = E_AB(tt₀) - U_кн, подается на усилитель У₁, где преобразуется в магнитном усилителе УМ в сигнал переменного тока, затем усиливается и вновь преобразуется в сигнал постоянного тока, который дополнительно усиливается в усилителе УП постоянного тока. Выходной сигнал усилителя У₁ создает ток I_вых, который поступает во внешнюю цепь R_ВН и далее через делитель – в усилитель обратной связи У₂. Выходной ток I_ос усилителя У₂ изменяется и изменяет падение напряжения U_кн на резисторе R_кн до тех пор, пока разбаланс DU не достигнет некоторой малой величины δU, называемой статической ошибкой компенсации.

Исключить эту ошибку принципиально невозможно, т.к. I_вых и I_ос определяются наличием этой ошибки и пропорциональны ей. Ошибку можно значительно уменьшить, если использовать усилитель с большим коэффициентом усиления.

В зависимости от диапазона входного сигнала нормирующие преобразователи, работающие в комплекте с ТЭП, имеют классы точности 0,6…1,5.

Термопреобразователи сопротивления

 

Измерение температуры термопреобразователями сопротивления (ТПС) основано на свойстве металлов и полупроводников менять свое электрическое сопротивление с изменением температуры. Если априорно известна зависимость между сопротивлением R_t ТПС и его температурой t [т.е. R_t = f(t) – градуировочная характеристика], то, измерив R_t, можно определить температуру среды, в которую он погружен.

ТПС позволяют надежно измерять температуру в диапазоне от -260⁰С до +1100⁰С.

К металлическим проводникам ТПС предъявляется ряд требований:

- стабильность градуировочной характеристики (нормированной статической характеристики НСХ);

- воспроизводимость характеристики, обеспечивающая взаимозаменяемость изготавливаемых ТПС;

- линейность функции R_t = f(t);

- по возможности высокое значение температурного коэффициента электрического сопротивления ;

- большое удельное сопротивление;

- невысокая стоимость материала.

Исследованиями установлено, что чем чище металл, тем в большей степени он отвечает указанным основным требованиям, а его электрические характеристики приближаются к своим предельным значениям.

Для изготовления стандартизированных ТПС в настоящее время применяют платину и медь:

- платина легко получается в чистом виде, обладает хорошей воспроизводимостью, химически инертна в окислительной среде при высоких температурах, имеет достаточно большой температурный коэффициент сопротивления (3,94.10^{-3 0}С^-1), высокое удельное сопротивление (0,1.10^-6 Ом.м). Применяются для измерения температур от -260 до +1100⁰С. Платиновые ТПС используются в качестве рабочих, образцовых и эталонных термометров. С их помощью осуществляется воспроизведение международной шкалы температур от -182,97 до 630,5⁰С. Недостатком платины является нелинейность функции R_t = f(t), и, кроме того, платина – очень дорогой металл.

- медь – один из недорогостоящих металлов, легко получаемых в чистом виде. Медные ТПС предназначены для измерения температуры в диапазоне от -50 до +200⁰С. При более высоких температурах медь активно окисляется и поэтому не используется. В широком диапазоне температур зависимость сопротивления от температуры линейна и имеет вид R_t = R₀(1+αt), где α = 4,26.10^{-3 0}С^-1.

- никель и железо благодаря своим относительно высоким температурным коэффициентам электрического сопротивления хотя и используются для измерения температуры в диапазоне от -50 до +250⁰С, однако широко не применяются. Это объясняется тем, что градуировочная характеристика их нелинейна, на стабильна и не воспроизводима. Поэтому ТПС, изготовленные из этих металлов, не стандартизированы.

Конструкция ТПС с металлическим термопреобразователем сопротивления представлена на рис. 13.

Тонкая проволока или лента 1 из меди или платины наматывается бифилярно на каркас 2 из керамики, слюды, кварца или пластмассы. Бифилярная намотка необходима для исключения индуктивного сопротивления. После намотки каркас вместе с проволокой покрывают слюдой. Длина намотанной части каркаса с платиновой проволокой 50…100 мм, а с медной – 40 мм.

 

Для защиты от механических повреждений каркас помещают в тонкостенную алюминиевую гильзу 3, а для улучшения теплопередачи от измеряемой среды к чувствительному элементу между ним и защитной гильзой устанавливают упругие металлические пластины 4. Гильзу 3 помещают во внешний замкнутый стальной чехол 5, который устанавливается на объекте с помощью штуцера 6. В верхней части чехла имеется соединительная головка 8, в которой находится изоляционная колодка 7 с винтами для крепления соединительных проводов 10. Выводные провода от каркаса до головки изолируются керамическими бусами 9.

Рис. 13 Схема ТПС

 

 

Динамическая характеристика ТПС может быть представлена передаточной функцией вида:

(54)

где К – коэффициент преобразования;

Т и τ – постоянная времени и время запаздывания, соответственно.

 

Значения Т и τ зависят от размеров защитного чехла и его материала, а также условий теплообмена.

Полупроводниковые ТПС применяются для измерения температуры от -100 до 300⁰С. В качестве материала для них используются различные полупроводниковые вещества – оксиды магния, кобальта, марганца, титана, меди, кристаллы германия.

Основным преимуществом полупроводников является их большой отрицательный температурный коэффициент сопротивления. При повышении температуры на один градус их сопротивление уменьшается на 3 – 5%, что делает их очень чувствительными к изменению температуры. Кроме того, они обладают значительным удельным сопротивлением и потому при очень малых размерах имеют большое номинальное сопротивление (от нескольких до сотен кОм), что позволяет не учитывать сопротивление соединительных проводов и измерительной схемы. Следствием малых размеров полупроводниковых ТПС является возможность безинерционного измерения температуры.

Недостатком полупроводниковых материалов является их значительная нелинейность и, главное, невоспроизводимость градуировочных характеристик. Поэтому полупроводниковые ТПС даже одного и того же типа имеют индивидуальные градуировки.

В силу указанных недостатков полупроводниковые ТПС редко используются для измерения температуры. Они находят широкое применение в системах температурной сигнализации, т.к. обладают ярко выраженным релейным эффектом - скачкообразным изменением сопротивления при достижении определенной температуры. Кроме того, полупроводниковые ТПС используются в качестве чувствительных элементов в различных автоматических газоанализаторах.

 

Средства измерения, работающие с ТПС

Для измерения температуры с помощью ТПС применяются уравновешенные и неуравновешенные мосты, логометры и нормирующие преобразователи.

Уравновешенные мосты подразделяют на неавтоматические и автоматические. В них используется нулевой метод измерения. С помощью неавтоматических мостов в лабораторных условиях измеряют сопротивление от 0,5 до 10⁷ Ом, в т.ч. производят градуировку ТПС и измеряют температуру.

Схема уравновешенного моста представлена на рис. 14.

Диагональ питания моста ab содержит источник тока, а диагональ измерения dc – нуль-индикатор. Между точками подключения разноименных диагоналей располагаются плечи моста, состоящие из постоянных резисторов R1 и R2 и регулируемого R3, а плечо cb содержит измеряемое сопротивление Rt и два соединительных провода каждый сопротивлением Rвн. Если мост уравновесить, то ток Iни в диаго-

Рис. 14 Схема уравно-

вешенного моста

 

нали cd равен нулю, а токи в соответствующих плечах равны, т.е. I₂ = I₃ и I₁ = I_t и, как следствие, имеем:

-I₂R₂ = I₁R₁ и I₃R₃ = I_t(R_t + 2R_вн) (55)

Разделив эти равенства друг на друга, с учетом равенства соответствующих токов, получим:

R₂(R_t + 2R_вн) = R₁R₃ (56)

Полученное выражение, выведенное из условия I_ни = 0, является условием равновесия моста: чтобы мост находился в равновесии, необходимо соблюсти равенство произведений сопротивлений противоположных его плеч. Этого можно достичь за счет переменного резистора R₃, изменяя его сопротивление до тех пор, пока нуль-индикатор не покажет «0».

Таким образом, равновесие моста описывается выражением:

(57)

Из выражения (57) следует, что неизвестно сопротивление R_t можно определить по значению R₃ при постоянном отношении R₁/R₂, а также неизменном значении R_вн. В то же время R_вн меняется с изменением температуры окружающей среды, что приводит к искажениям измерения R_t и в тем большей степени, чем меньше значение R_t. Указанный недостаток может быть устранен путем трехпроводного соединения ТПС с мостом (рис. 15).

При таком соединении питающая диагональ моста (точка b) доводится до ТПС. В результате этого соединительные провода оказываются разнесенными к двум плечам моста: одно из сопротивлений Rвн – в плече вместе с R3, а другое Rвн – в смежном плече с Rt. Тогда условие равновесия моста R1(R3+Rвн) = R2(Rt+Rвн), откуда (58)

Рис. 15 Схема трех-

проводного включе-

ния ТПС

 

 

Если сделать мост симметричным (R1 = R₂), то будем иметь R₃ = Rt, т.е. результат измерения в этом случае не зависит от сопротивления соединительных проводов R_вн.