На рис. 3.17 представлена электрическая схема одинарного моста постоянного тока, содержащая четыре плеча и две диагонали. В одно плечо моста включается объект с измеряемым сопротивлением RX , а три других плеча образованы резисторами с сопротивлениями R2, R3 и R4. В одну диагональ моста (между узлами а и b) включается источник питания с ЭДС E0 в другую (узлы с и d) нулевой индикатор НИ, играющий в цепи моста оль указателя равновесия моста. Когда потенциалы точек c и d моста равны между собой, ток в нулевом индикаторе IНИ = 0. Мост в этом режиме находится в состоянии равновесия, т. е. признаком равновесия моста является нулевое отклонение указателя НИ. При этом справедливы соотношения :
I1 = I2 , I3 = I4 , RxI1 = R3I3
Разделив почленно два последних уравнения друг на друга и учтя равенства токов, получим
Rx / R2 = R3 / R4
откуда получаем уравнение равновесия моста :
Rx R4 = R2 R3
Произведения сопротивлений элементов, включенных в противоположные плечи уравновешенного моста, равны друг другу. Добившись равновесия моста путем регулирования сопротивлений резисторов в плечах, записывают их значения и вычисляют искомое значение сопротивления RX ,.
Rx = R2 R3 / R4
Плечо R2 называют плечом сравнения, а плечи R3 и R4 - плечами отношения.
Одинарный мост служит для измерений только средних сопротивлений, малые и большие сопротивления измерять им не рекомендуется. Нижний предел (единицы Ом) измерения моста ограничен влиянием сопротивлений соединительных проводов и переходных контактов, которые неизбежно включаются в плечо ас последовательно с измеряемым объектом RX . Верхний предел (105 Ω ) измерения моста ограничен шунтирующим действием токов утечки.
Наряду с уравновешенными мостами для измерения сопротивлений широко применяются неуравновешенные мосты, позволяющие более быстро проводить измерение сопротивлений (но менее точно, так как их показания зависят от стабильности напряжения источника питания). Значение измеряемого сопротивления в этих мостах определяют непосредственно по показаниям прибора. В неуравновешенных мостах часто используют в качестве измерительного прибора магнитоэлектрические логометры, позволяющие повысить точность измерения.
Уравновешивание мостов можно производить вручную или автоматически. Автоматическое уравновешивание применяют в тех случаях, когда необходимо следить за изменением измеряемого сопротивления и управлять его значением.
3.6.7. Понятие о цифровых электроизмерительных приборах
Цифровые электроизмерительные приборы (рис. 3.19)
состоят из входного усилительного устройства ВУУ, аналого-цифрового преобразователя АЦП, который служит для преобразования непрерывного сигнала Y в цифровой код Y¢ , генератора импульсов ГИ . цифровых счетчика и индикатора ЦСИ, управляющего устройства УУ с коммутационным и логическими блоками. Они предназначены для измерения и быстрого отсчета электрических величин и параметров с высокой точностью и надежностью. В них входной сигнал усиливается и преобразуется в дискретный выходной сигнал А в цифровой форме.
Цифровые измерительные приборы (ЦИП) используются с 1960 г. как при научных и иных исследованиях, так и в обычной производственной практике. ЦИП имеют, кроме высокой точности, возможность запоминать, передавать на расстояние и вводить в ЭВМ измерительные значения, а также свободны от утомительного отсчета и многих проблем технического обслуживания.
ЦИП по виду измеряемых величин делятся на вольтметры, омметры, мосты, измерители частоты и интервалов времени, комбинированные и специализированные приборы. Последние служат для измерения температуры, массы грузов, скорости перемещения материалов и т. п. Комбинированные ЦИП позволяют измерять напряжение постоянного и переменного тока, сопротивление постоянному току, емкость и индуктивность. Основой таких приборов являются цифровой вольтметр постоянного тока и ряд преобразователей электрических величин в напряжение постоянного тока.
Промышленность выпускает ряд типов ЦИП. Для примера приведем цифровой вольтметр типа Щ1513, который предназначен для измерения напряжения постоянного тока 0 - 1000 В со временем преобразования 0,02 с. Другой ЦИП переменного тока типа Ф219 служит для измерения средневыпрямленных значений переменных напряжений 0,2 - 1000 В при классах точности 0,4/0,25 и 1,0/0,5 со временем преобразования 120 мс.
3.7. Приборы и методы измерения температуры
3.7.1. Термоэлектрический и терморезисторный метод измерения температуры
Приборы, предназначенные для измерения температуры, называются термометрами. Разновидностями термометров являются пирометры, принцип действия которых основан на измерении электромагнитного излучения нагретых тел.
В настоящее время для построения термометров наибольшее распространие получил термоэлектрический и терморезисторный методы, а также метод, основанный на тепловом излучении нагретых тел.
Термоэлектрический метод измерения температуры основан на возникновении термоэлектродвижущей силы ( ТЭДС ) в цепи, составленной из двух разнородных проводников, при неравенстве температур в местах соединения концов проводников. Первичный преобразователь - термопара,
В приборе прямого преобразования (рис. 3.20)
ЭДС термопары e преобразуется в силу тока I , а затем формируется вращающий момент М , как результат взаимодействия тока в рамке с полем постоянного магнита. Этот момент уравновешивается упругим моментом пружины, в результате чего на выходе получается сигнал φ .
В схеме уравновешивающего преобразователя (рис. 3.21) уравновешивание ЭДС термопары осуществляется за счет сигнала с мостовой схемы, управляемой двигателем Д.
В качестве вторичных приборов, работающих в комплекте с термоэлектрическими преобразователями, применяются милливольтметры, автоматические потенциометры со шкалой, отградуированной в градусах .
В качестве материалов для изготовления термоэлектродов применяются вольфрам, рений, платина, платинородий, хромель, копель, медь. Промышленностью выпускаются термоэлектрически преобразователи вольфрамо-рениевые ( ТВР ), платинородий-платиновые ( ТПП ), платинородиевые ( ТПР ), хромель-алюмелевые ( ТХА ), хромель-копелевые ( ТХК ), медь-копелевые ( ТМК ).
На защитной арматуре термоэлектрического преобразователя и на шкале измерительного прибора указывается обозначение номинальной статической характеристики преобразователя.
Преимущества: точность измерений, легкость передачи сигнала на расстояние и его обработки.
Недостатки: электроды термопары защищаются чехлом, частично заключенным в стальной трубе, и зону высоких температур вносится только наконечник, который стальной трубой не защищается, из-за наличия фарфорового чехла термопара имеет большую инерционность (несколько минут) и не выдерживает резких колебаний измеряемой температуры , не рекомендуется быстро вносить термопару в зону с высокой температурой; высокая стоимость и сложность вторичного элемента.
