Потенциометрический метод измерения сопротивлений

Потенциометрический метод измерения сопротивлений обеспечивает высокую точность измерения температуры и широко применяется в лабораторной практике. Метод основан на использовании образцового сопротивления R_О (рис.16,а) с известным значением сопротивления. Потенциометром ИП измеряется падение напряжения U_T на термопреобразователе сопротивления и напряжение U_О на образцовом сопротивлении. По известному U_О можно определить ток в цепи I = U_О/R_О, а зная ток можно по известному значению падения напряжения на терморезисторе определить его сопротивление

При таком методе измерений используются обычно термометры сопротивления с четырьмя выводами.

Рис. 8. Схема измерения сопротивления по падению напряжения при измеряемом (а) и стабилизированном токе (б)

На рис.8,б показан более удобная реализация метода. Здесь схема запитывается от генератора стабильного тока (ГСТ), который обеспечивает строго постоянную величину тока через термометр сопротивления, вне зависимости от его сопротивления.

Подобная схема достаточно широко применяется в промышленных приборах. Упрощенная принципиальная схема одного из них показана на рис.9. Термометр сопротивления подключается по четырехпроводной схеме. По двум проводам подается стабилизированный рабочий ток 2 мА, двумя другими снимается напряжение U_ВХ с терморезистора. Параметры входного усилителя (ВхУ) подобраны так, чтобы его выходное напряжение изменялось в диапазоне (0…1) В при изменении температуры от нижнего предела измерения до верхнего. Это напряжение поступает на вход суммирующего усилителя (СУ). На другой вход этого усилителя поступает потенциал от движка реохорда R_P, который запитывается стабилизированным напряжением 1 В. В суммирующем усилителе сигнал от движка реохорда вычитается из сигнала входного усилителя и разностный сигнал подается на схему устройства управления (УУ) шаговым двигателем (ШД). В зависимости от знака разностного сигнала устройство управления задает направление вращения вала электродвигателя и перемещает движок реохорда до тех пор, пока разностный сигнал не станет равным нулю. На движке реохорда закреплена указательная стрелка, которая показывает на шкале текущее значение измеряемой температуры. Поскольку входное сопротивление усилителя имеет большую величину, ток в соединительных проводах близок к нулю. В результате сопротивление соединительных проводов практически не сказывается на результат измерения.

Рис. 9. Упрощенная схема промышленного прибора

Логометры

Принцип действия логометра основан на взаимодействии магнитных полей токов в цепях термопреобразователя сопротивления R_t и постоянного сопротивления R (см. рис.10). Основной элемент логометра – подвижная система, состоящая из двух жестко скрепленных скрещенных рамок 1 и 2, выполненных из тонкого медного изолированного провода. Рамки имеют одну общую ось вращения и находятся в зазоре постоянного магнита 3. Ток от источника питания разветвляется на две параллельные ветви I₁ и I₂.

В одну ветвь включена рамка 1 и термопреобразователь сопротивления R_Т, в другую – рамка 2 и постоянное сопротивление R. В электрическую цепь рамки включены таким образом, что токи I₁ и I₂ текут навстречу друг другу и создают в рамках противоположные моменты вращения. При равенстве токов моменты, создаваемые в рамках при взаимодействии с полем постоянного магнита, равны, и рамки расположены симметрично относительно магнита.

Рис. 10. Принципиальная схема логометра

При изменении сопротивления термопреобразователя R_Т, под воздействием, например, повышения температуры, отношение токов I₁ и I₂ изменяется, так как ток I₁ уменьшается с увеличением R_Т, соответственно изменяются и моменты М₁ и М₂, создаваемые в рамках, что вызывает поворот всей магнитной системы. Воздушный зазор между полюсами магнита N и S и сердечником 4 сделан неравномерным, поэтому магнитная индукция в зазоре непостоянна.

Поэтому при повороте всей подвижной системы с жестко скрепленными рамками одна из рамок попадает в более сильное поле, а вторая – в более слабое. В этих условиях моменты вращения рамок вновь уравновесятся и указательная стрелка зафиксируется в новом положении, соответствующем текущему значению температуры.

Напряжение источника питания теоретически не влияет на угол поворота рамок, который определяется только отношением токов I₁ и I₂ .