Логометры

Используются для работы в комплекте с ТС.

Подвижная система прибора (рис. 3.1).представляет собой две жестко скрепленные между собой под острым углом рамки с сопротивлениями r₁ и r₂, свободно поворачивающиеся в подпятниках. Рамки движутся в зазоре между сердечником и полюсами N и S постоянного магнита. Этот зазор имеет переменное сечение, которое увеличивается от центра (ось 0-0) к краям. В результате этого магнитная индукция в зазоре соответственно от центра краям уменьшается. Для увеличения чувствительности рамки включены в мостовую электрическую схему таким образом, чтобы их вращающие моменты М₁ и М₂ были направлены навстречу друг другу. Кроме того, номиналы элементов моста подбираются таким образом, чтобы мост был уравновешен при сопротивлении ТС, соответствующем середине шкалы. Таким образом, ток, протекающий по рамкам, определяется падением напряжения на соответствующем плече моста (са или cb) и током разбаланса I_н, протекающим в измерительной диагонали.

Пусть мост уравновешен (измеряемая температура соответствует середине шкалы). При увеличении измеряемой температуры увеличится сопротивление термометра R_t. При этом падение напряжения u_ad увеличится, а падение напряжения u_ac соответственно уменьшится. Следовательно, уменьшится составляющая тока i_1ас, протекающего по первой рамке, обусловленная u_ac. В то же время потенциал точки a станет выше потенциала точки b, что приведет к появлению тока небаланса I_н. Направление этого тока противоположно направлению i_1ас, и совпадает с направлением i_2с_b. В результате ток i₁ еще больше уменьшится, а ток i₂ – увеличится.

Следовательно, увеличится момент:

, (4)

который станет больше момента

. (5)

Появится разность моментов:

(6)

где K₁и K₂ – конструктивные постоянные.

Под действием разности моментов подвижная система начнёт поворачиваться по часовой стрелке. При этом первая рамка будет двигаться в зазор с большей магнитной индукцией, и момент М₁ начнет увеличиваться. Вторая рамка попадает в зазор с меньшей магнитной индукцией, и момент М₂ уменьшается. При некотором положении рамок М₁ снова станет равным М₂. Наступит равновесие подвижной системы, определяемое отношением токов:

(7)

или

, (8)

где – угол поворота рамок.

После ряда преобразований можно показать, что = f(R_t). Поэтому показания логометра не зависят от напряжения питания при его колебании в пределах +20% от номинального.

Для уменьшения влияния температуры на соединительные провода ТС подключаются по 3-х-проводной схеме. Сопротивление R₅ предназначено для установки пределов измерения, R₆ – медное сопротивление для компенсации влияния температуры окружающей среды на рамки логометра. В отличие от уравновешенных мостов у R_np логометров для двух- и трехпроводной схемы внешнее сопротивление R_пр стандартизируется. Обычно для первой схемы:

R_np = 2,5 + 0,01 Ом и R_np= 7,5 + 0,03 Ом,

а для второй схемы:

R_np= 5 + 0,02 Ом и R_np= 15 + 0,06 Ом.

Значения R_np указываются на шкале и в паспорте прибора.

Современные логометры выпускаются следующих типов: Ш69001, Ш69006, Л–64 и др.

1.3. Уравновешенные мосты

В большинстве случаев в комплекте с ТС работают уравновешенные мосты постоянного или переменного тока. Упрощенная электрическая схема показана на рис. 3.2.

Мост состоит из двух постоянных сопротивлений и , реохорда R_P и сопротивления термометра . Сопротивления соединительных проводов прибавляются к сопротивлению . В одну диагональ моста включен источник питания, а в другую – нуль-прибор РА. При равновесии моста, которое достигается перемещением движка по реохорду R_p, ток в измерительной диагонали моста I₀ = 0. В этом случае потенциалы на вершинах моста b и d равны, ток от источника питания разветвляется в вершине моста a на две ветви I₁ и I₂, падение напряжения на резисторах R₁ и R₂ одинаково, т.е.:

(9)

Падения напряжений на плечах моста bc и dc также равны:

(10)

Разделив (4) на (5), получим:

(11)

Если I₀= 0 то I₁ = I_p и I₂= I_t. Тогда из уравнения (11), получим:

(12)

Уравнение (12) выражает условие равновесия моста: произведение сопротивлений противоположных плеч равны. Под R_p* понимается величина сопротивления незашунтированной части реохорда R_p.

Из (12) следует, что:

(13)

Если R₂ = R_l, получим:

(14)

При изменении сопротивления R_t, равновесие моста нарушается и его можно восстановить путём изменения величины сопротивления реохорда R_р*. При этом положение движка реохорда будет соответствовать измеряемой температуре и её определяют по шкале прибора Шк. Это справедливо, если колебания температуры среды, в которой расположены соединительные провода с сопротивлением 2R_np, не существенны. В тех случаях, когда изменения температуры в зоне соединительных проводов могут быть значительными и погрешность измерения может превысить допустимую величину, применяют трёхпроводную систему подключения ТС. В этой схеме (рис. 3.3) провод от источника питания отсоединяется от точки с моста и подключается к точке с', разделяя провода с сопротивлением R_np в смежные плечи. При таком соединении сопротивление одного провода прибавляется к терморезистору, а второго – к R_p.

Уравнение (7) примет вид:

(15)

или (при R₁= R₂),

, (16)

т.е. изменение величины R_t под действием измеряемой температуры будет однозначно определяться изменением положения подвижного контакта реохорда.

1.4. Автоматические электронные мосты

Принципиальная схема автоматического уравновешенного электронного моста приведена на рис. 3.4.

Все сопротивления измерительной схемы (кроме термометра R_t) выполнены из манганина (сплав, сопротивление которого не зависит от температуры). Измерительная схема представляет собой четырехплечий мост, в одно из плеч которого включен R_t. В одну диагональ моста подводится переменное напряжение, в другую – включен электронный усилитель У. R_н – добавочный резистор для подгонки тока, протекающего через термометр; R_n– подгоночный резистор реохорда; R_m– шунт реохорда, R_р – реохорд; R₀ – резистор для подгонки тока из условия минимального самонагрева ТС.

Наименее надежным элементом схемы является подвижный контакт реохорда, сопротивление которого может изменяться вследствие истирания, загрязнения и т. д. При указанном на схеме способе включения реохорда переходное сопротивление контакта располагается в измерительной диагонали и в момент равновесия из-за отсутствия тока, не сказывается на результате измерения. Положение движка реохорда зависит от величины R_t следующим образом:

(17)

где m – относительное положение движка.

Однако в этом случае не удаётся полностью компенсировать влияние температуры окружающей среды на соединительные провода. Кроме того, шунтирование R_p сопротивлениями R_m и R_n с целью получения требуемого диапазона измерения, делает (17) нелинейной. Уменьшение нелинейности достигается введением в схему дополнительного реохорда R_p^". Одновременно с перемещением подвижного контакта реохорда перемещается каретка с указателем вдоль шкалы, так, что каждому положению контакта соответствует определенное положение указателя на шкале. В качестве нуль-прибора в автоматическом мосте используется электронный усилитель У и реверсивный двигатель РД. При изменении температуры изменяется сопротивление R_t, равновесие моста нарушается и на диагонали моста ab возникает напряжение разбаланса, которое подается на вход электронного усилителя. Фаза этого напряжения зависит от того, уменьшилось или увеличилось сопротивление R_t. Сигнал разбаланса усиливается до величины, достаточной для приведения в действие реверсивного двигателя РД. Двигатель кинематически связан с кареткой и с подвижным контактом реохорда R_p. Движение контакта реохорда происходит до тех пор, пока измерительная схема не придет в равновесие, т. е. U_ab не станет равным нулю. Двигатель РД останавливается, а подвижной контакт реохорда и каретка с указателем занимают положение, соответствующее измеряемой температуре.

Многоточечный автоматический мост снабжен переключателем, с помощью которого к измерительной схеме подключаются поочередно все присоединенные к прибору термопреобразователи сопротивлений. Назначение остальных резисторов измерительной схемы следующее.