5-6. Измерение сопротивления термометра мостом

Сопротивление термометра с помощью моста можно измерить нулевым методом или методом отклонения. Ниже рассмотрим эти методы измерения сопротивления термометра.

Измерение сопротивления термометра уравновешенным мостом. Уравновешенные четырехплечие мосты являются наиболее распространенными приборами для измерения сопротивления термометра нулевым методом как при градуировке термометра, так и при измерениях температуры в лабораторных условиях. Вообще же уравновешенные мосты находят широкое применение в лабораторных условиях для измерения сопротивлений от 0,5 до 107 Ом. Для измерения малых сопротивлений применяют двойные мосты или компенсационный метод изменения.

Рис. 5-6-1. Схема уравновешенного моста.

Принципиальная схема уравновешенного моста с включенным термометром сопротивления изображена на рис. 5-6-1, где резисторы с известными сопротивлениями. Один из них, например является сравнительным регулируемым плечом. В одну из диагоналей моста (точки включен источник питания. Во вторую (точки а чувствительный нулевой гальванометр.

Изменяя значение сопротивления сравнительного плеча, всегда можно добиться такого состояния схемы, при котором потенциалы точек а и с, а следовательно, к ток в нулевом приборе, равны нулю. Такое состояние обычно называют состоянием равновесия схемы. Равновесие схемы может быть достигнуто только при определенном

соотношении между сопротивлениями плеч моста. Действительно, если мост уравновешен, то и падения напряжений на а также и на будут равны

отсюда получаем следующее соотношение:

или

Из уравнения (5-6-2) видно, что уравновесить мост можно подбором сопротивления резистора при постоянном отношении балансных плеч Следовательно, каждому значению сопротивления термометра соответствует вполне определенное значение сопротивления сравнительного плеча при постоянно выбранном отношении плеч

При измерении сопротивления работа на мосте сводится к следующему. Если значение измеряемого сопротивления неизвестно, то, задавшись отношением балансных плеч моста равным единице, вводят на сравнительном плече наименьшее сопротивление и, замкнув на мгновение кнопки замечают, в какую сторону отклоняется стрелка нулевого гальванометра. Затем на сравнительном плече вводят наибольшее сопротивление, вновь на короткий период замыкают кнопки и замечают сторону отклонения. Если это отклонение противоположно первому, то остается только подобрать такое при котором повторные замыкания и размыкания кнопок не вызовут колебаний стрелки нулевого гальванометра. Если же отклонения происходят в одну и ту же сторону, то надо изменить взятое ранее отношение балансных плеч и повторить опыт.

После того как измеряемое сопротивление приблизительно определено, подбирают такое значение отношения балансных плеч моста, которое гарантировало бы его максимальную чувствительность, и вновь производят измерение.

Если подразделения резистора недостаточно малы и полного равновесия достичь нельзя, то прибегают к одному из следующих способов:

1. Интерполируют, т. е. определяют, те ближайшие к действительному значения при которых указатель нулевого гальванометра дает отклонения в противоположные стороны от нулевой отметки его шкалы. Если при этом отвечает угол отклонения угол отклонения то, следовательно, разности соответствует общий размах стрелки прибора в делений шкалы.

Таким образом, на одно деление шкалы приходится

Тогда действительное сопротивление термометра

если

или

если

2. Шунтируют резистор таким резистором при котором мост уравновешивается, тогда

Замыкание цепей схемы во избежание вредного влияния самоиндукции (экстратоков размыкания) надо вести в такой последовательности: сначала замкнуть кнопку источника питания а затем нулевого прибора размыкание же их следует производить в обратном порядке.

Следует указать, что определенное указанным выше способом, является сопротивлением всего плеча моста Оно состоит не только из сопротивления термометра, подлежащего изменению, но и из сопротивления соединительных проводов, с помощью которых термометр подключен к зажимам а и d и включает сопротивления контактов между этими точками. Поэтому определение температуры по измеренному сопротивлению термометра без учета сопротивлений соединительных проводов может сопровождаться значительной дополнительной погрешностью.

Измерение сопротивления термометра неуравновешенным мостом. Неуравновешенные мосты, применяемые для технических измерений температуры с помощью термометра сопротивления, имеют то преимущество перед уравновешенными мостами, что позволяют получать отсчеты показаний по шкале прибора без Уравновешивания моста. Неуравновешенные мостовые измерительные схемы используются в измерительных преобразователях Для преобразования сопротивления термометра в напряжение, а также для других целей, рассматриваемых ниже.

На рис. 5-6-2 показана принципиальная схема неуравновешенного моста. Здесь постоянные резисторы плеч моста; сопротивление термометра; милливольтметр с внутренним сопротивлением контрольный резистор;

переключатель, позволяющий включать либо термометр сопротивления (положение И), либо контрольный резистор (положение ). Если при положении И переключателя сопротивление термометра изменится, то через милливольтметр, включенный в измерительную диагональ моста, потечет ток и указатель его отклонится. Угол отклонения указателя милливольтметра, а следовательно, и сила тока будут тем больше, чем значительнее нарушено равновесие моста. Таким образом, устанавливается известная зависимость между отклонением указателя милливольтметра и сопротивлением термометра, позволяющая судить о температуре термометра, а следовательно, и о температуре среды, в которой он находится,

Рис. 5-6-2. Схема неуравновешенного моста.

Рис. 5-6-3. Схема неуравновешенного моста с термометром, включенным по трехпроводной схеме.

Сила тока, протекающего через милливольтметр, выражается следующим уравнением:

где

Из этого выражения видно, что ток, протекающий через милливольтметр, пропорционален напряжению на вершинах моста а и Вследствие этого для обеспечения правильности показаний прибора необходимо применять стабилизированный источник питания или поддерживать постоянное напряжение в точках для этой цели служит регулировочный резистор выполненный в виде реостата. Для обеспечения контроля напряжения предусматривается постоянный, не зависящий от температуры контрольный резистор включаемый в схему моста вместо термометра сопротивления с помощью переключателя Резистор обычно имеет

сопротивление, равное сопротивлению термометра, соответствующему двум третям шкалы прибора и соединительных проводов. При включении указатель милливольтметра должен встать на контрольную отметку. Если напряжение мало, то указатель прибора не дойдет до контрольной отметки, а если велико, то указатель ее перейдет. Для установления надлежащего значения как упоминалось выше, пользуются реостатом

В настоящее время для питания неуравновешенных мостовых измерительных схем применяют стабилизированные источники питания (ИПС). Для уменьшения погрешности вследствие изменения с температурой сопротивления проводов, соединяющих термометр с мостом, применяют трехпроводную схему включения термометра в мост, показанную на рис. 5-6-3. Здесь — манганиновые катушки для подгонки сопротивления линии до заданного значения. Остальные обозначения соответствуют принятым выше. В этой схеме переключатель и резистор служат для контроля исправности моста,