Применяемый в потенциометре для установки и контроля рабочего тока нормальный элемент (рис. 2-32)* (* ГОСТ 1954-75. Меры электродвижущей силы рабочие. Элементы нормальные) состоит из Н-образного стеклянного сосуда с впаянными в дно платиновыми выводами, соединенными с электродами 1. ( 1 Нормальные элементы бывают насыщенные и ненасыщенные. В потенциометрах применяются насыщенные элементы классов точности 0,001 и 0,005, в которые залит насыщенный раствор сульфата кадмия ( CdSO4). Отрицательным электродом элементов является амальгама кадмия (10—12% Cd по массе), а положительным - ртуть (Hg). )
Нормальный элемент не должен подвергаться нагрузке выше 0,001 мА во избежание его поляризации2 ( 2 Поляризацией гальванического элемента называется появление в нем противоположно направленной э. д. с, возникающей вследствие разложения электролита. Защита элемента от поляризации достигается применением специальных веществ, называемых деполяризаторами.) и преждевременного выхода из строя, а также сотрясениям чрезмерному нагреву или охлаждению. Допускаемые пределы колебаний его температуры 5—35° С.
Выпускаются потенциометры двух видов: автоматические (промышленные) и лабораторные (переносные и образцовые).
б) Автоматические потенциометры
Стремление использовать весьма совершенный компенсационный метод для промышленных измерений привело к созданию автоматических электронных показывающих и самопишущих потенциометров1 (1 ГОСТ 7164-71. Потенциометры и уравновешенные мосты автоматические ГСП. ), в которых компенсация термо-э.д.с, развиваемой термоэлектрическим термометром, производится с помощью уравновешивающего устройства, связанного с реверсивным микродвигателем.. Приборы бывают одноточечными и многоточечными, и могут иметь встроенное сигнализирующее устройство. Класс точности потенциометров 0,25 -1.
На рис. 2-33 приведена структурная схема автоматического потенциометра АП, работающего в комплекте с термоэлектрическим термометром Т. Потенциометр содержит следующие основные части: измерительную схему ИС, электронный усилитель ЭУ (нулевой индикатор), асинхронный реверсивный микродвигатель РД, уравновешивающее (компенсационное) устройство УУ, отсчетное (показывающее и самопишущее) устройство ОУ, сигнализирующее устройство СУ и синхронный микродвигатель СД. Реверсивный двигатель воздействует на уравновешивающее, отсчетное и сигнализирующее устройства, а синхронный - приводит в движение механизм перемещения диаграммной бумаги, а также переключатель точек измерения и печатающий механизм записи показаний в многоточечном приборе.
Вырабатываемая термометром в зависимости от измеряемой температуры термо-э.д.с. ЕТ подается на измерительную схему потенциометра, где компенсируется равным и противоположным по знаку напряжением ЕК поступающим от уравновешивающего устройства. При разбалансе указанных величин вследствие изменения контролируемой температуры их разность ΔЕ через усилитель подается на реверсивный двигатель, воздействующий на уравновешивающее устройство, которое изменяет величину ЕК в сторону восстановления равновесия измерительной схемы.
В автоматических потенциометрах применяется так называемая мостовая измерительная схема, как более совершенная и обеспечивающая непрерывное введение поправки на температуру свободных концов термометра 1 ( 1 Более подробно мостовая измерительная схема рассмотрена ниже. ).
Для этого рядом с зажимами прибора, к которым посредством удлиняющих проводов присоединяются свободные концы термометра, помещается медный проволочный резистор, включенный в качестве одного из плеч мостовой измерительной схемы. Сопротивление этого резистора подобрано так, что оно изменяет свою величину в зависимости от температуры свободных концов в соответствии с изменением под влиянием последней термо-э. д. с. термометра, восстанавливая тем самым напряжение на измерительной диагонали моста. Применение резистора из меди вызывается ее высоким температурным коэффициентом электрического сопротивления.
Автоматические потенциометры относятся к обширной группе вторичных автоматических электронных приборов, основанных на компенсационном методе измерения, широко применяемых для теплотехнических измерений. Указанные приборы обладают сравнительно простым устройством, высокой точностью, большой чувствительностью и быстродействием.
В настоящее время в СССР освоено промышленное производство второго поколения этих приборов. Новые серии автоматических электронных показывающих и самопишущих приборов ГСП (потенциометров, уравновешенных мостов, миллиамперметров и др.), разработанные за последние годы, отличаются от предшествующих более совершенным устройством и широким использованием агрегатно-блочно-модульного принципа построения из унифицированных элементов, модулей, блоков и узлов.
К этим автоматическим приборам относятся вторичные приборы серий: КС (компенсирующие самопишущие и показывающие), КП (компенсирующие показывающие с плоской шкалой) и KB (компенсирующие показывающие с вращающимся цилиндрическим циферблатом).
Автоматические потенциометры выпускаются следующих типов: КСП4 - полногабаритный с диаграммной лентой, КСПЗ - малогабаритный с диаграммным диском, КСП2 - малогабаритный с диаграммной лентой, КСП1 - миниатюрный с диаграммной лентой, КПП1 - миниатюрный с плоской шкалой в КВП1 - миниатюрный с вращающимся циферблатом (шкалой) 1. ( 1 Указанные автоматические потенциометры соответственно заменяют устаревшие приборы типов ЭПП, ЭПД, ПС1 (ПСР1), ПСМ2 (ПСМР2), ПП4 (ППР4) и ЭПВ2.)
Полногабаритные приборы применяются для промышленных измерений повышенной точности и лабораторных измерений, а малогабаритные и миниатюрные - для обычных промышленных измерений. Особенно широкое распространение получили малогабаритные приборы, применение которых дает значительную экономию места на щитах управления. Миниатюрные приборы устанавливаются главным образом на пультах управления.
Автоматический потенциометр типа КСП4 изготовляется на 1, 3, 6 или 12 точек измерения температуры однотипными термоэлектрическими термометрами. Длина линейной его шкалы и ширина диаграммной ленты 250 мм. Основная погрешность показаний прибора ±0,25 и записи ±0,5%. Вариация показаний не пре¬вышает основной погрешности.
На рис. 2-34 показана принципиальная схема автоматического одноточечного потенциометра типа КСП4 с темоэлектрическим термометром T, являющаяся типовой для измерения термо-э.д.с. (температуры). В измерительную схему прибора включены: реохордRр , выполняющий роль уравновешивающего устройства; шунтирующий резистор Rш, ограничивающий протекающий через реохорд ток; резисторы Rн и Rк, определяющие соответственно начальное и конечное значения (диапазон показаний) шкалы, резисторы rн и rк в виде спиралей, предназначенные для точной подгонки шкалы и являющиеся частями резисторов Rн и Rк ; медный резистор Rм для автоматической компенсации влияния изменений температуры t0 свободных концов термометра Т; балластный резистор Ra , ограничивающий ток в измерительной схеме; сравнительный резистор Rc; балластный резистор Rт, ограничивающий ток в цепи источника питания; переменный резистор Rр.т для регулировки рабочего тока. В качестве нулевого индикатора служит электронный усилитель постоянного тока ЭУ, включенный в диагональ аЬ измерительной схемы, к выходу которого подключен асинхронный реверсивный микродвигатель РД.
