3. Произвести расчёт выбранной схемы измерения, используемой в электронных автоматических мостах или потенциометрах.

В автоматических потенциометрах используется компенсационная мостовая измерительная схема. Напряжение, компенсирующее измеряемую термо-э.д.с. термоэлектрического термометра – термопары, в этой схеме получается как разность потенциалов в двух точках. Потенциал одной из этих точек определяется положением движка реохорда, а потенциал другой зависит от температуры свободных концов термометра. Это дает возможность осуществлять автоматическое введение поправки на изменение термо-э.д.с. термопары, вызванное отклонением температуры свободных концов ее от 0 С.

Типовая принципиальная схема одноточечного автоматического потенциометра приведена на рис. 10.

Рис.10. Типовая принципиальная измерительная схема одноточечного автоматического потенциометра

Исходные данные:

Шкала прибора –100…+700˚С

Градуировка термоэлектрического термометра ХА

Расчётное значение температуры свободных концов термометра t₀=20˚С

Возможное значение температуры свободных концов термометра t^'₀=50˚С

Нормированное номинальное сопротивление реохорда Rнр=90 Ом

Нерабочие участки реохорда 2λ=0,05

Нормированное номинальное значение падения напряжения на

резисторе Rк Uк=1019 мВ

Выходное напряжение ИПС Uип=5 В

Сопротивление нагрузки Rип=1000 Ом

Номинальное значение силы тока в верхней ветви измерительной

схемы прибора I₁=3 мА

Номинальное значение силы тока в нижней ветви измерительной

схемы прибора I₂=2 мА

Температурный коэффициент электрического сопротивления меди α=4,25*10^-3 К^-1

Расчёт:

По таблице П2 приложения МУ определяем начальное и конечное значения шкалы:

Е (tн,t₀)= -5,75 мВ

Е (tк,t₀)=12,21 мВ

тогда получим:

Е_Д= Е (tк,t₀)-Е (tн,t₀), E_Д=12,21-(-5,75)=17,96 мВ

Определим значение сопротивления R_П:

Ом

и принимаем Rп = 6,78±0,05 Ом

Определим приведенное сопротивление реохорда Rпр:

Ом

Произведём проверку правильности определения Rпр по формуле:

Rк является контрольным резистором и служит для контроля рабочего тока I₂, а вместе с тем и I₁, при градуировке или поверке потенциометра при нормальной температуре окружающего воздуха. При номинальном значении рабочего тока I₂ падение напряжения на Rк должно быть равно Uк и поэтому Rк=Uк/I₂, отсюда Rк=1019/2=509,5 Ом.

Примем значение резистора Rк=509,5±0,2 Ом.

Если измерительная система потенциометра при термо-ЭДС термопары Е(tн,t₀), соответствующей начальному значению шкалы, уравновешена, т.е. ток в цепи термопары равен нулю в пределах чувствительности нуль-индикатора, то по закону Кирхгофа будем иметь:

отсюда находим:

и принимаем значение сопротивления резистора R_б = 337,6±0,5 Ом

Для дальнейших расчётов по таблице П2 приложения МУ вычисляем среднее значение ЭДС (шкалы):

мВ

Значение ЭДС Е(t^’0,t0)=1.22мВ принимаем для всех вариантов одинаковым.

Сопротивление медного резистора R_M находим по формуле:

Ом

Следовательно

Ом

принимаем Rм=8,63±0,01 Ом, а Rн=3,68±0,05Ом

Определим сопротивление резисторов в цепи ИПС R1=R'1+R''1. При расчётном значении свободных концов термометра от t₀ сопротивление измерительной схемы относительно зажимов СD определяется выражением:

Сопротивление резистора R1 определяется по формуле:

Ом

Для проверки правильности расчёта сопротивлений резисторов измерительной схемы потенциометра можно воспользоваться формулой:

, где ,

Изменение показания потенциометра для конечного значения шкалы при изменении температуры свободных концов термометра от 20 ºС до 50 ºС вычисляем по формуле:

%

и видим, что оно имеет незначительную величину.