Потенциометр.

Принцип действия потенциометра основан на компенсации неиз- вестной термо-ЭДС известным падением напряжения, создаваемым током от дополнительного источника Eб (рис.2.16).

 

 

 

 

+ Eб

 

 

 

Iб

Rаb

а b

НИ Rас

IТ c

 

t0 t0

А B

t EАВ(t,t0)

Рис.2.16. Измерительная схема потенциометра

Замкнутый контур I содержит дополнительный источник тока Eб и реохорд Rаb. Реохорд представляет собой переменный резистор из тонкой калиброванной проволоки (выполненной из специального сплава), на- мотанной на цилиндриче- ский стержень, и снабжен- ный подвижным контактом для изменения сопротивле- ния. Этот контур называют

компенсационным. Сила

тока Iб в этом контуре определяется величиной Eб и сопротивлением рео-

хорда Rаb.

Контур II включает в себя ТЭП, термо-ЭДС ЕАВ(t,t0) которого изме- ряется и чувствительный гальванометр, выполняющий функции нуль- индикатора (НИ), а также часть реохорда Rас от точки а до подвижного контакта с движка реохорда. Источник измеряемой термо-ЭДС ЕАВ(t,t0) включен навстречу дополнительному источнику Еб так, что токи от обоих источников на участке Rас идут в одном направлении. Для контура II на основании закона Кирхгофа имеем:

EАВ(t,t0)=IТRвн+ITRни+IТRас+IбRас, (2.23) где IТ – сила тока в контуре ТЭП; Rвн – внешнее сопротивление термопары и подводящих проводов; Rни – сопротивление нуль-индикатора.

Откуда

Т

I = EAB (t, t 0) − Iб Rас. (2.24)

Rвн

+ Rни

+ Rас

Перемещая движок реохорда можно добиться, чтобы IТ = 0, тогда

EАВ(t,t0)=IбRас,

т.е. при IТ = 0, падение напряжения Uас на участке ас служит мерой изме-

ряемой термо-ЭДС.

Достоинством компенсационного метода измерения термо-ЭДС яв- ляется отсутствие тока в цепи в момент измерения. Это исключает необ- ходимость учета значения сопротивления внешней цепи, а также измене- ние сопротивления Rвн при изменении температуры.

Компенсирующее напряжение можно измерять двумя методами:

1. поддерживая постоянное значение тока Iб, измерять Rас;

2. сохраняя сопротивление Rас постоянным, измерять значение ра-

бочего тока Iб.

б

Наибольшее распространение получили потенциометры с постоян-

R

ной силой рабочего тока (рис.2.17).

 

a

+ - Eб

 

Iб

Rк

d

 

 

Rab

Для контроля постоянст- ва рабочего тока введен допол- нительный III контур – контур

b нормального элемента. Нор-

мальный элемент представляет

Iнэ c

 

Енэ

НИ IТ

 

t0 t0

 

 

t EАВ(t,t0)

Рис 2.17. Потенциометр с постоянной

силой рабочего тока

 

собой образцовую меру ЭДС Енэ =1,0186 В и сохраняет эту ЭДС при кратковременных и малых нагрузках длительное время. При установке ключа в положение К (контроль) про- водят сравнение ЭДС нор- мального элемента Енэ с паде-

нием напряжения Uda на посто-

янном резисторе Rк. Если при этом Iнэ ≠0 (стрелка нуль-индикатора не сто-

ит на нуле), т.е. Uda ≠ Eнэ,то с помощью реостата Rб изменяют ток Iб в кон-

туре I до тех пор, пока стрелка нуль-индикатора не установится на 0, тогда

Eнэ= Uda. Так как Uda= IбRк и Rк = 509,3 Ом,

б

I = Eнэ

Rк

= 1,0186 = 2 мА.

509,3

После стандартизации значения тока Iб ключ переводят в положение "измерение" И и перемещают движок реохорда Rаb до установки стрелки нуль-индикатора на нуле. При этом

 

EAB

 

(t, t 0

) = Iб

 

Rac

= Eнэ Rac.

Rк

При равномерной намотке реохорда сопротивления его участков пропорциональны соответствующим длинам, т.е. Rac/Rab = l/L и тогда

 

 

где К – константа.

EAB (t, t 0) =

Eнэ Rac

Rк

= Eнэ Rab

Rк L

= К, (2.26)

Таким образом, измерение ЭДС сводится к измерению длины l уча- стка реохорда, которая проградуирована в единицах напряжения. Потен- циометры, работающие по этой схеме имеют класс точности до 0,005.

В схеме потенциометра с переменной силой рабочего тока (рис.

2.18) измеряемая термо-ЭДС E(t,t0) компенсируется падением напряжения

IбRаb на постоянном и известном сопротивлении Rab путем изменения зна-

 

Eб

 

 

Rб I

 

Iб Rаб

чения тока Iб в компенсирующем контуре I с помощью реостата Rб.

Движок последнего перемеща-

ется до тех пор, пока нуль-индикатор

mA НИ в контуре II не покажет нуль, при

 

a b

 

НИ II

 

t0 t0

этом отсчитывается значение тока Iб

по шкале миллиамперметра. Этот по- тенциометр уступает по точности по- тенциометру с постоянной силой ра-

бочего тока.

 

t E(t, t0)

 

Рис. 2.18. Потенциометр с пере-

менной силой рабочего тока

Схема данного потенциометра находит применение, в частности, при построении нормирующих токо- вых преобразователей.