4-13. Измерение термо-э. д. с. милливольтметром

При измерении термо-э. д. с. термоэлектрического термометра милливольтметром необходимо учитывать собственное потребление мощности прибором. Если термо-э. д. с., развиваемая термометром, равна то ток возникающий в цепи, состоящей из милливольтметра с присоединенным к нему с помощью термоэлектродных и медных проводов термометром (рис. 4-13-1), определяется уравнением

где — внутреннее сопротивление милливольтметра при сопротивление термоэлектродных проводов при сопротивление термоэлектрического термометра при сопротивление подгоночного манганинового резистора, Ом; сопротивление медных проводов при Ом.

Рис. 4-13-1. Схема соединений милливольтметра с термоэлектрическим термометром термоэлектродными проводами.

Заданное значение внешнего сопротивления милливольтметра равно:

Выражая напряжение на зажимах милливольтметра

через значение тока по уравнению (4-13-1) и учитывая (4-13-2), получаем:

откуда

Таким образом, напряжение на зажимах милливольтметра всегда меньше, чем термо-э. д. с., развиваемая термометром, на значение, равное падению напряжения во внешней цепи, т. е. на Падение напряжения тем меньше, чем больше внутреннее сопротивление милливольтметра по сравнению с его внешним сопротивлением Поэтому, как отмечалось выше, внутреннее сопротивление милливольтметров делается достаточно большим.

Ниже приводится пример оценки предельной погрешности измерения температуры среды милливольтметром в комплекте с термоэлектрическим термометром при нормальных условиях.

Пример. Определим приближенное значение предельной погрешности измерения температуры перегретого водяного пара показывающим милливольтметром типа класса точности 0,5 со шкалой 200—600°С (градуировка ХА) в комплекте с термоэлектрическим термометром ТХА и дополнительным блоком БУ-11 (вариант схемы устройства при нормальных условиях. Милливольтметр показывает температуру пара

Пределы допускаемой основной абсолютной погрешности показаний милливольтметра при диапазоне измерения равны:

что соответствует (табл.

Допускаемое отклонение термо-э. д. с. термоэлектрического термометра ТХА от значений градуировочной таблицы согласно табл. 4-7-3 равно:

что соответствует (табл. П4-7-3) , или

Допускаемое отклонение э. д. с. в паре между жилами термоэлектродных проводов согласно табл. 4-9-1 равно что соответствует (табл. или

Пределы допускаемой погрешности устройства не более или

Приближенное значение предельной погрешности показаний для комплекта определяется по формуле

Применяемая в этом примере методика оценки предельной погрешности показаний для комплекта хорошо согласуется с опытными данными. Погрешность комплекта по опытным данным по сравнению с расчетным значением меньше примерно на 15—18%. Однако вероятность значения погрешности остается невыясненной.

При измерении температуры милливольтметром в комплекте с термоэлектрическим термометром в эксплуатационных условиях возможно изменение погрешности, так как внутреннее сопротивление милливольтметра, а также внешнее сопротивление его могут в процессе измерения изменяться в зависимости от ряда обстоятельств. Внутреннее сопротивление милливольтметра зависит от температуры окружающего воздуха. Сопротивление соединительных проводов изменяется в зависимости от температуры воздуха в помещении и поверхностей нагрева оборудования, если провода проложены вблизи них. Сопротивление термоэлектродов

погруженной части термометра изменяется в зависимости от его нагрева средой, а сопротивление термоэлектродов непогруженной части может изменяться вследствие изменения температуры окружающего ее воздуха.

Выше было установлено, что показания милливольтметра пропорциональны силе тока, протекающего через обмотку его рамки:

После подстановки в формулу значения из уравнения (4-13-1) получим:

или полагая

т. е. показание прибора пропорционально термо-э. д. с. термометра и обратно пропорционально полному сопротивлению цепи термоэлектрического комплекта.

Определим зависимость показаний милливольтметра от изменения внутреннего сопротивления и сопротивления внешней цепи его. Положим, что внешнее сопротивление, которое при температуре принятой при градуировке прибора, равно а в условиях эксплуатации изменилось и стало равным Далее положим, что при температуре 20°С сопротивление милливольтметра было равно а в условиях эксплуатации при температуре стало равным

Если бы милливольтметр и внешняя его цепь находились в условиях, соответствующих условиям градуировки, то показание его было бы равно:

где

В условиях эксплуатации показание прибора равно:

где

Определим относительное изменение показаний прибора, связанное с изменением полного сопротивления цепи термоэлектрического комплекта:

Уравнение (4-13-7) является приближенным, так как оно получено без учета нелинейной зависимости термо-э. д. с. термометра от температуры.

Значение относительного изменения показаний прибора, определяемое по уравнению (4-13-7), можно уменьшить, если он будет установлен на щите в специальном помещении, в котором температура воздуха близка к нормальной

Для уменьшения изменения показаний милливольтметра, вызываемого отклонением сопротивления внешней цепи от заданного значения (например, 5, 15, 25 Ом), целесообразно температурную шкалу прибора наносить с учетом повышения сопротивления термоэлектродов термометра при заданной глубине его погружения. Это необходимо особенно при применении термоэлектрических термометров платиновой группы, так как, например, сопротивление платинородий-платиновых термоэлектродов диаметром возрастает от 1,53 Ом при 20°С до 4,59 Ом при

Кроме изменений показаний прибора, связанных с изменением сопротивления внешней цепи и сопротивлением самого милливольтметра, необходимо учитывать также возможные влияния от электростатических сил и магнитных полей.

Влияние электростатических сил вызывается появлением на поверхности стекла наличника прибора заряда, например при протирании стекла сухой тряпкой. Заряд на сухом стекле держится довольно долго и отклоняет стрелку на значительный угол вдоль шкалы. Протираястекла прибора, целесообразно тряпку немного увлажнять, так как влага создает проводящий слой и позволяет заряду стечь.

Внешние магнитные поля в значительно большей степени искажают показание милливольтметров, измерительный механизм которых имеет внешний магнит, по сравнению с приборами, имеющими внутрирамочный магнит. Даже поставленные рядом два неэкранированных милливольтметра (пластмассовый корпус и внешний магнит) влияют друг на друга и дают неверные показания. Искажения магнитного поля милливольтметра могут иметь место также вследствие близкого соседства ферромагнитных масс. Поэтому щитовые милливольтметры градуируются с учетом влияния стального щита. Эти приборы должны иметь надпись «Монтировать на стальном щите» (ГОСТ 9736-68). Приборы, предназначенные для установки не на стальном щите, должны иметь надпись «Не монтировать на стальном щите».

Борьба с возможным искажением магнитного поля ведется также экранированием милливольтметра, если его корпус изготовлен из пластмассы. Изготовляются также приборы с металлическим корпусом, который является одновременно и экраном. Вопрос об установке нескольких милливольтметров в блоке (общем корпусе) на стальном щите решается экспериментально для каждого случая в отдельности. Для неэкранированных переносных приборов, устанавливаемых рядом, расстояние между осями подвижной части должно быть не менее 300 мм.