Потенциометр для температурных измерений

Потенциометр для температурных измерений

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Класс 21е, 26

42i„8 л. 33605

АВТОРСКОЕ СВИДЕТЕЛЬСТВО НА ИЗОБРЕТ(НИ(ОПИСАНИЕ потенциометра для температурных измерений.

К авторскому свидетельству Г. П. Кульбуша, заявленному 2 сентября

1932 года,(спр. о перв. № 114983).

О выдаче авторского свидетельства опубликовано 31 декабри 1933 года. (204) Изобретение касается потенциометров для температурных измерений по методу компенсации электродвижущей силы тер-мопар и состоящих из двух параллельных ветвей, одна из которых, выполненная в виде реохорда или тому подобного реостата с движком, предназначена для секциони рова нного изменения последнего при помощи контактного переключателя.

Эта известная схема потенциометра с параллельными ветвями, служащими для придания движкам полной свободы перемещения, обеспечивает наряду с произвольным расширением пределов измерения свободный нуль и Фозможность измерения электродвижущих сил как положительных, так и близких к нулю, а равно и отрицательных.

Однако, подобная схема не обеспечивает измерений от неточностей, обусловленных специфичностью электродвижущих сил термопар, зависящих как от температуры горячего, так и от температуры холодного спая. Эта специфичность приобретает решающую важность, если конечной целью измерения электродвижущей силы термопары является определение температуры горячего спая.

В самом деле: исходным материалом измерения служит градуированная таблица термопары, выработанная при постоянной наперед заданной температуре t холодных спаев. Практически температура холодных спаев равна не tp, à какому-то другому числу градусов, например, Известно, что электродвижущая сила термопары с холодным спаем. нагретым до t p, может быть определена из уравнения

E(t t)=:E(t ю) Е(tp о) где: Е (t, t ) — электродвижущая сила термопары со спаями, нагретыми до t (горячий спай) и до 1 о (холодный спай);

X(t, tp) — электродвижущая сила термопары со спями, нагретыми до t (горячий спай) и Г (холодный спай); наконец Е (t p tp) — есть электродвижущая сила термопары со спаями, нагретыми до

t, (горячий) и tp (холодный спай).

Измерив величину E(t, о) и располагая градуировочной таблицей, в которой даны значения электродвижущей силы при температуре холодных спаев tp>, а не 1„нельзя непосредственно разыскать t по градуировочной таблице. Предварительно необходимо, исходя из написанного уравнения, разыскать.Е (t о, г,). (что нетрудно сделать, зная t p), сломить найденную величину электродвижущей силы E(t „t,) с измеренной E(t, t p) и, рассматривая .полученную сумму как

Е (t, t,), разыскать по градуировочной таблице соответствующую найденной электродвижущей силе Е(1, tp) температуру горячего спая t.

Указанная операция довольно хлопотлива и ооременяет расчетными операциями измеряющего температуру работника. Если потенциометр служит для цехового измерения температуры, то подобный аналитический метод разыскания температуры горячего спая не практичен. Такой способ связан с значительными затруднениями, если шкала потенциометра отградуирована в градусах температуры (а не в милливольт х). 1

Предлагается такой потенциометр, в котором, согласно изобретению, с целью введения поправок на изменение температур холодных спаев термопар, применена третья ветвь, включаемая параллельно секциям переключателя одной из двух основных ветвей, выполненная в виде плавно регулируемого сопротивления, к подвижному контакту которого приключен один из концов термопары.

На чертеже изображена схема предлагаемого потенциометра.

Параллельно секции a» a> включен реохорд а"татта . Если сопротивление секции а„а> равно r» а сопротивление реохорда a"тапа равно И„то приведенное сопротивление между точками ат и а2 при указанном на чертеже по. ложения будет равно и

R+r

Если R значительно больше, чем r» то приведенное сопротивление будет мало отличаться от r» составляя, например, 90 — 95% от значения последнего.

Пусть движок а, передвигающийся свободно по реохорду а"шапа, может занимать крайние положения т и и.

Соответственным выбором сопротивленИй Rr<> и главного реохорда Й можно достичь того, чтобы потенциалы точек и и b0 были равны между собой, если реохорд а"тапа включен на точки и., и а1, как это изображено на чертежеТогда при движке а, стоящем на точке и (эта точка отнюдь .не обязана совпадать с конструктивным концом реохорда) и при движке b, стоящем на точке b„рааность потенциалов между движками будет равна нулю. Следовательно перемещением движка Ь можно измерять как цоложительные, так и отрицательные электродвижущие силы, что и показано на чертеже буквами +Ех и — Ex с соответственно направленными стрелками.

Метод введения поправки на холодные спаи заключается в следующем.

Смещая точку а от m к п, уменьшают разность потенциалов между движками а и b, компенсируя тем самым уменьшение электродвижущей силы термопары на величину E(t о, t,). Само собою разумеется, что шкала реохорда гип может быть проградуирована как в милливольтах, так и в градусах цельсия, (если потенциометр предназначен для работы с определенными термопарами), в связи с чем введение поправки возможно осуществлять от руки. Если участок а"та изготовить из материала с положительным температурным коэфициентом и совместить геометрически этот участок с холодными спаями термопары, то точку а можно сделать механически неподвижной и добиться автоматического введения поправки на холодные спаи.

В этом случае реохорд mn превращается в совокупность катушек с разными температурными коэфициентами. Дальнейшей возможностью является электрическое смещение точки а по сопротивлению a"тапа путем применения диля тометрических теплочувствительных устройств, температура которых совпадает с температурой холодных спаев.

Так, например, можно предусмотреть ртутные устройства с замыканием сопротивлений расширяющейся ртутью; биметаллические устройства, воздействующие на перемещение контакта а, и т. д.

Все упомянутые возможности позволяют считать, что введение поправки на холодные спаи как от руки, так и автоматическим методом в данном случае не вызывает затруднений.

Из схемы можно видеть, что, несмотря на то, что точка а занята для введения поправки на холодные спаи, для нее сохранена возможность секционированного перескакивания по сопротивлениям r, .... r<. Одна ко, скачки должна делать не точка а, а две точки а, а", Пусть, например, хорд mn, перемещаясь ° скачками по контактам а» а„аз... a>, занял положение на контактах а„.-, а„показанное пунктиром на чертеже. В этом случае разность потенциалов между движками а и b возрасла на четырехкратное падение напряжения в каждом из сопротивлений r, ° r, (предполагая, — 3 что последние равны между собой).

Такое перемещение реохорда нисколько не повлияло на характер падения напряжения вдоль него, так как его концы (а, а") остались присоединенными к сопротивлению r>, совершенно аналогичному сопротивлению r . Поэтому предварительно установленное на реохорде положение движка а продолжает исполнять свою функцию введения поправки на температуру холодных спаев. Сила тока в цепи потенциометра от перемещения реохорда а"пгапа, разумеется, не изменялась. Необходимо отметить, что падение напряжения на сопротивлениях r естественно должно быть меньше, чем на реохорде кг для того, чтобы обеспечить преемственность измерения при включении секций. Поэтому падение напряжения на реохорде mn, будучи меньше, чем падение напряжения на нешунтированной секции г, подавно меньше, чем падение напряжения íà al.

Поэтому пределы градуировки реохорда меньше чем пределы измерения по реохорду к1, составляя ориентировочно не более 75 /о от последних. Это обстоятельство не вредит; так как реохорд а"пгапа предназначен для введения поправки на холодный спай, т..е., вообще говоря, падение напряжения на нем не должно быть больше нескольких милливольт, опускаясь в случае термопар Лешателье даже до долей милливольта.

Довольно серьезным вопросом является вопрос о значении переходных контактов В точках cz и а

Действительно, нетрудно убедиться в том, что этими переходными сопротивлениями пренебрегать нельзя. Возрастание сопротивления а и а" влечет за собой некоторое изменение приведенного сопротивления секции, шунтированной реохордом. Далее изменение сопротивлений a ma" обусловливает, вообще говоря, изменение потенциала точки а, в связи с чем на надежность контакта необходимо обратить некоторое внимание. Значительное облегчение в задачи о контактах а, а" вносит возможность сделать реохорд а"гпапа высокоомным. Действительно, если сопротивления г должны изготовляться низкоомными во избежание потери чувствительности нуль — прибора при включении нескольких r в цепь компенсируемой электродвижущей силы, то с сопротивлением реохорда a"maïa в такой мере считаться не приходится, так как, вопервых, ветви а, а" и а, а включены параллельно и, во - вторых, ветвь а, а составляет, вообще говоря, небольшую долю сопротивления всего реохорда в целом, так как смещение точки а из нулевого положения невелико при обычно небольших температурах холодного спая. Охарактеризованные обстоятельства дают возможность придать реохорду а"mana сопротивление порядка десятка омов на милливольт падения напряжения в нем, т.-е. сделать его ориентировочно стоомным, Поэтому изменения переходных контактов а", а даже на десятые доли ома не внесут погрешностей больших, чем сотые доли милливольта. Опыт постройки переключателей говорит за то, что таких скачков переходных сопротивлений, как десятые доли ома, при удовлетворительных конструкциях не бывает. Возможные вариации в сотых долях ома повлекут. за собой погрешности, лежащие в единицах микровольта, т.-е практически не заметные.

Возможные, осложненные автоматизацией введения, поправки на холодные спаи, схемы не описываются в виду их принципиальной несложности.

Предмет изобретения.

Потенциометр для температурных измерений по методу компенсации электродвижущей силы термопар, состоящий из двух параллельных ветвей, одна иэ которых, выполненная в виде реохорда или тому подобного реостата с движком, назначена для плавных изменений сопротивления, а другая †д секционированного изменения последнего при помощи контактного переключателя, отличающийся тем, что, с целью введения поправки на изменение температур холодных спаев термопар, применена третья ветвь Щ, включаемая параллельно секциям переключателя одной из двух основных ветвей, выполненная в виде плавно регулируемого сопротивления, к подвижному контакту которого приклю чен один из концов термопа ры.

Б авторскому свиетельству Г. П. К "льб иа ¹ 33605

Эксперт И. Л. Городинский

Редактор P. В. Восинский

Ленпромпечатьсо оз, Тип. „Печ. Труд . Зак. 2199 — 1000