Магнитоэлектрический милливольтметр.

Простейшим прибором, которым измеряют термо-ЭДС термопар, является милливольтметр. Милливольтметры являются электроизмери- тельными приборами магнитоэлектрической системы (рис. 2.14).

В конструкции милливольтметров можно выделить магнитную и подвижную системы. Первая состоит из подковообразного магнита 1, по- люсных наконечников 2 и цилиндрического сердечника 3. Наличие сер- дечника в междуполюсном пространстве магнита уменьшает магнитное сопротивление и формирует радиальный магнитный поток.

В кольцевом воздушном зазоре между полюсными наконечниками 2 и сердечником 3 вращается рамка 4, изготовленная из изолированного медного провода и монтируемая на кернах, опирающихся на подпятники,

либо на натянутых нитях.

 

 

1

 

 

3

2

4

 

N S

6

5

 

Рис. 2.14. Милливольтметр:

1 – магнит; 2 – полюсные наконеч-

ники; 3 – сердечник; 4 – рамка;

5 – спиральная пружина;

6 - термопара

Момент сил, противодейст- вующий вращению рамки, создается специальной пружиной 5, служащей одновременно тоководом к рамке. С помощью грузиков магнитная систе- ма уравновешивается так, чтобы ее центр тяжести находился на оси рам- ки.

Рамка представляет собой пря- моугольник длиной l и шириной 2r и состоит из n витков тонкой медной проволоки, скрепленных между со- бой лаком. Благодаря сердечнику, расположенному внутри рамки, по-

следняя оказывается под действием

равномерного и радиального магнитного поля, из-за чего, независимо от угла поворота рамки, плоскость оказывается параллельной вектору маг- нитной индукции В. Таким образом, при протекании по рамке электриче- ского тока I на подвижную систему действует магнитоэлектрический мо- мент:

 

 

ной:

M=2rlBI. (2.16)

Противодействующий момент Мпр, создаваемый спиральной пружи-

Мпр=W ϕ, (2.17)

где W – удельный противодействующий момент, ϕ – угол поворота рамки.

При некотором угле поворота ϕ имеем Мпр= М, т.е.

W ϕ =2rlBI или

ϕ = 2 rlB I = S I,

W i

 

где

S = 2 rlB = ϕ

 

– чувствительность измеряемого механизма по току

i W I

(рад/А).

Зависимость угла поворота рамки от напряжения U, подведенного к зажимам прибора с внутренним сопротивлением Rм равна

R

i

ϕ = S U

M

= SuU, (2.18)

где Su=Si / Rм= ϕ / U – чувствительность прибора по напряжению.

Измерение термо-ЭДС осуществляется по схеме, приведенной на

рис.2.15. Генерируемая ТЭП термо-ЭДС EАВ(t,t0) создает в замкнутой цепи ток

I = EAB (t, t 0)

RAB + Rпр + Rпр + Ry + RP + RД

= EAB (t, t 0), (2.19)

RВН + RM

 

где Rу – сопротивление уравнительной катушки, RД – сопротивление доба- вочной катушки, Rпр – сопротивление подводящих проводов, RВН=RАВ+Rпр+Rпр+Rу – внешнее по отношению к зажимам а-в прибора со- противление цепи, RМ=RД+Rр – внутреннее сопротивление милливольт-

метра.

 

a

 

Rпр Rу

 

Rр

 

 

RД

 

Rпр b

А В

 

 

Рис.2.15. Схема измерения термо-ЭДС милливольтметром.

Измеренное милливольтметром напряжение UАВ всегда меньше, чем

ЭДС в цепи на значение падения напряжения IRвн во внешней цепи:

UАВ = IRМ = EАВ(t,t0)-IRВН. (2.20)

Если RВН + RМ = const, то между показаниями милливольтметра и из-

меряемой ЭДС однозначная зависимость:

i

ϕ = S

E AB (t, t 0)

 

(2.21)

RBH

+ RM

и шкалу милливольтметра можно градуировать в градусах по соответст-

вующей градуировочной характеристике.

Сопротивления внешней цепи RВН и милливольтметра RМ изменяют- ся в зависимости от температуры окружающей среды, что приводит к по- грешности измерения. Уменьшить температурную погрешность можно за счет выбора соотношений RВН / RМ и RР / RМ.

 

U IR

E АВ (t, t 0)

AB =

=

ВН

M 1 + R

 

/ RМ

, (2.22)

следовательно, чем меньше RВН / RМ, тем меньше изменение этого отноше- ния скажется на зависимости UАВ от EАВ(tt0). Уменьшение RВН / RМ возмож- но за счет увеличения RМ, но т.к. RМ состоит из сопротивления рамки, вы- полненной из медного провода с сопротивлением RР и добавочного сопро- тивления RД, то RМ увеличивают за счет увеличения добавочного сопро- тивления RД, выполненного в виде манганиновой катушки. Значительное увеличение RМ приводит к увеличению чувствительности милливольтмет- ра. Обычно, RМ =100-500 Ом, а отношение RР/Rм =1/3, что значительно уменьшает температурный коэффициент прибора.

Значение RВН стандартизовано в пределах 0,6÷25Ом и указано на

шкале прибора. При использовании милливольтметра с градусной шкалой

необходимо сопротивление внешней линии подогнать к значению RВН, указанному на шкале прибора, с помощью подгоночного сопротивления Rу. Если милливольтметр имеет милливольтовую шкалу, то она наносится без учета сопротивления RВН и показания прибора соответствуют сопро- тивлению на его зажимах, т.е. UАВ. По известным RМ и RВН определяют EАВ(t,t0), а затем по градуировочным таблицам определяют температуру.

Милливольтметры, предназначенные для работы с ТЭП, бывают пе-

реносными и щитовыми. Щитовые милливольтметры имеют только гра-

дусную шкалу. Класс точности 0,5; 1,0; 1,5; 2,0.