2-7. ПОТЕНЦИОМЕТРЫ
Измерение температуры термоэлектрическим термометром в комплекте с милливольтметром в большинстве случаев не обеспечивает достаточной точности из-за наличия ряда погрешностей. Класс точности такого прибора 1,5 - 2,5. Основной причиной этого является влияние изменений температуры окружающего воздуха на сопротивления милливольтметра и внешней соединительной линии. Это влияние отсутствует при измерении термо - э. д. с. нулевым (компенсационным) методом, при котором вместо милливольтметра применяется потенциометр. Кроме того, применение потенциометра позволяет легко осуществить автоматическое введение поправки на изменение температуры свободных концов термометра.
где - объем жидкости в резервуаре при температуре мм; и - средние температурные коэффициенты объемного расширения жидкости и стекла, ; - внутренний диаметр капилляра, мм.
где - объем жидкости в резервуаре при температуре мм; и - средние температурные коэффициенты объемного расширения жидкости и стекла, ; - внутренний диаметр капилляра, мм.
а) Принцип действия потенциометра
Основной особенностью потенциометра является то, что в нем развиваемая термоэлектрическим термометром термо-э.д.с. уравновешивается (компенсируется) равным ей по величине, но обратным по знаку напряжением от источника тока, расположенного в приборе, которое затем измеряется с большой точностью.
Потенциометры являются наиболее совершенными вторичными приборами для работы с термоэлектрическими термометрами. Благодаря высокой точности они широко применяются при промышленных и лабораторных измерениях.
На рис. 2-31 показана принципиальная схема потенциометра. Прибор состоит из трех смежных электрических контуров. Контур I образует измерительную цепь, в которую включены: источник постоянного тока Б, переменный резистор (реостат) Rрт для изменения величины тока, сравнительный резистор Rс, уравновешивающий резистор (реохорд) Rр и кнопка К. Контур IIпредставляет собой цепь нормального элемента НЭ, а контур III - цепь термоэлектрического термометра Т. В контуры II и III поочередно включается посредством переключателя II нулевой гальванометр Г.
Включенный в схему нормальный гальванический элемент НЭ развивает при температуре 20 °С строго постоянную э.д.с, равную 1,0186 В, и обладает весьма небольшим температурным коэффициентом. Сравнительный резистор Rс изготовляется из манганина и имеет постоянное и точно известное сопротивление. Нулевой гальванометр Г представляет собой чувствительный прибор с двусторонней шкалой. В зависимости от направления тока указательная стрелка его отклоняется влево или вправо от нулевой отметки шкалы.
Измерение температуры с помощью потенциометра производится следующим образом. Устанавливая переключатель II в положение 1, замыкают цепь контура II нормального элемента. Затем нажатием на кнопку К замыкают цепь измерительного контура I и реостатом Rрт регулируют рабочий ток до тех пор, пока стрелка гальванометра Г не установится на нулевую отметку. Отсутствие тока в контуре Rрт наступает в тот момент, когда э.д.с. нормального элемента Ес будет уравновешена обратным ей по знаку падением напряжения на сравнительном резисторе Rc (на участке аЬ). В этом случае рабочий ток I в измерительной цепи будет равен:
После того как в измерительной цепи потенциометра установлен постоянный и точно известный ток I, размыкают кнопку К и переводят переключатель II в положение 2, в результате чего к измерительному контуру I вместо контура II подключается контур термоэлектрического термометра III . Вновь замыкают кнопкой К измерительную цепь и при помощи скользящего по реохорду Rp движка с изменяют сопротивление R¢p участка реохорда bcдо момента установки стрелки гальванометра Г на нулевую отметку. Указанное положение движка с характеризует состояние электрического равновесия, при котором ток в цепи термометра Т отсутствует, так как измеряемая термо-э.д.с. ЕАВ(t, t0) термометра компенсируется равным ей по величине и обратным по знаку падением напряжения на участке реохорда bc. При полной компенсации термо-э.д.с. получим:
Таким образом, определение развиваемой термоэлектрическим термометром термо-э.д.с. ЕАВ(t, t0) сводится к измерению сопротивления R¢p , так как э.д.с. нормального элемента ЕС и сопротивление сравнительного резистора Rс имеют постоянные и известные значения. Следовательно, шкала потенциометра, нанесенная вдоль реохорда Rp, может быть проградуирована непосредственно в мВ или в случае работы потенциометра с определенным типом термометра - в °С. Так как, при измерении ток в цепи термометра в момент полной компенсации термо-э д.с. отсутствует, сопротивления гальванометра и внешней соединительной линии не оказывают влияния на результаты измерения. Однако при значительном увеличении сопротивления внешней линии понижается чувствительность гальванометра, а следовательно, и точность компенсации термо-э.д.с.
От расположенного в потенциометре гальванометра требуется только высокая чувствительность, точность же его значения не имеет, так как он служит не для измерения, а лишь для обнаружения тока, т. е. в качестве нулевого индикатора. Для увеличения чувствительности гальванометр имеет небольшое сопротивление.
При работе потенциометра рабочий ток в измерительной цепи должен быть всегда постоянным, поэтому при каждом очередном измерении следует контролировать силу тока и производить подрегулировку ее при помощи реостата Rрт.
