Особенности устройства термометров сопротивления

Для измерения температуры наружного воздуха используется термометр с проволочным термопреобразователем. Его теплочувствительный элемент 1 (рис.6.11) размещается в корпусе, внутренний канал которого расточен по профилю сопла Лаваля 2. Корпус, в свою очередь, крепится к основанию 4 с помощью полого откоса 3. Внутри откоса размещён подгоночный резистор 5 из манганита, уменьшающий влияние примесей в материале элемента 1. Термопреобразователь устанавливается на борту самолёта так, чтобы продольная ось его корпуса совпадала с направлением набегающего потока воздуха. В узком сечении сопла при М ≥ 0,5 устанавливается скорость воздушного потока, равная местной скорости звука в воздушной среде. Зная температуру теплочувствительного элемента Т_чэ, можно определить температуру наружного воздуха:

(6.22)

Стабилизация скорости воздушного потока в сопле Лаваля позволяет уменьшить влияние скорости потока на результат измерений.

Рис. 6.11. Устройство терморезисторного термометра типа ТНВ:

1 – теплочувствительный элемент; 2 – внутренний канал корпуса; 3 – полый откос; 4 – основание; 5 – подгоночный резистор.

Из формулы (6.22) видно, что температура Т_чэ превышает температуру среды. Это объясняется торможением потока у термодатчика и переходом кинетической энергии в тепловую.

Принципиальная электрическая схема термометра показана на рисунке 6.12. Это четырёхплечий неуравновешенный мост с магнитоэлектрическим логометром. Примененный логометр с подвижными рамками имеет увеличенный размах шкалы термометра, однако ему свойственен ряд недостатков, связанных с малой вибропрочностью и сложностью конструкции подвижной системы. К одной из диагоналей которого подается питание от сети постоянного тока 27 В. Во вторую диагональ включены две рамки логометра.

Сопротивления R _l, R ₂, R ₄, R ₆, R ₉, R ₁₀ выполнены из манганина, сопротивления R ₃, R ₅, служащие для температурной компенсации- из меди.

Равновесие моста обусловлено равенством

R ₉ R ₄=(R ₁₁+ R ₁₀)(R ₂+ R ₃).

В этом случае в рамках логометра протекают равные по величине токи. Взаимодействуя с неравномерным полем постоянного магнита логометра, рамки устанавливают подвижную систему и стрелку указателя против среднего деления шкалы.

Рис. 6.12. Принципиальная электрическая схема термометра

При любом другом значении температуры сопротивление приемника имеет определенную величину, равновесие моста нарушается, изменяется соотношение токов в рамках, причем каждому отношению токов соответствует единственное положение подвижной системы.

Диапазон измерения температуры от -60 до +150 °С. Основная погрешность измерения температуры на рабочем участке диапазона измерения приборов не превышает 4 °С.

Унифицированный терморезисторный термометр типа ТУЭ предназначен для измерения температуры масла, воды, воздуха, наружного воздуха и др. Он состоит из датчика и указателя. Датчик включает теплочувствительный элемент ТЭ, корпус и штепсельное соединение (рис.6.13).

Рис. 6.13. Устройство датчика термометра типа ТУЭ:

1 – спираль; 2 – стойка; 3 – никелевая проволока; 4 – пластина; 5 - теплопроводящая пластина; 6 – корпус; 7 – прокладка; 8 – колодка; 9 – гайка; 10 - штепсельный разъем

Теплочувствительный элемент выполнен из никелевой неизолированной проволоки 3, намотанной на две пластины из слюды 4. Изоляция никелевой обмотки с наружной стороны осуществляется тонкими слюдяными прокладками 7, поверх которых помещены теплопроводящие пластины из серебра, соприкасающиеся с корпусом датчика 6. Такая конструкция ТЭ обеспечивает хороший теплообмен с измеряемой средой, способствующей уменьшению погрешностей прибора. Корпус датчика изготовлен из нержавеющей стали.

Корпус датчика снабжен утолщенной головкой с резьбой, предназначенной для крепления датчика. В головке датчика расположены штепсельный разъем и добавочное манганиновое сопротивление, включаемое последовательно с никелевой обмоткой. Добавочное сопротивление предназначено для приведения температурногокоэффициента датчика к стандартному значению с целью обеспечения взаимозаменяемости датчиков (вследствие значительного влияния примесей температурный коэффициент электрического сопротивления никеля имеет слишком большой разброс).

В термометрах ТУЭ указателем является логометр с подвижным магнитом и неподвижными рамками.

Диапазон измерения температуры термометром ТУЭ от –70 до +150 °С. Основная погрешность на рабочем участке шкалы (–40... +130 °С) находится в пределах ±3 %.

Принципиальная электрическая схема термометра ТУЭ (рис.6.14).

Рис. 6.14. Принципиальная электрическая схема термометра ТУЭ

Сопротивление термопреобразователя измеряется двойным мостом постоянного тока. В схеме двойного моста выводы катушек (рамок) логометра с одной стороны соединены вместе, а с другой стороны — через сопротивления R ₄, R ₅. Токи, протекающие по катушкам логометра, и соответственно потенциалы точек А, В, С зависят от величины сопротивления R ₈, размещенного в приемнике температуры. В частности, с увеличением R ₈ потенциал точки А увеличивается, и наоборот.

Если температура окружающей среды постоянна, потенциалы точек В и С постоянны по величине, так как величины сопротивлении R ₂, R ₃, R ₄, R ₅, R ₆ в этом случае не изменяются. Сопротивления моста подобраны так, что при температуре -50 °С потенциалы точек А и С равны между собой, а потенциал точки В больше потенциала точки А. Вследствие такого распределения потенциалов ток в катушке R ₁₀ равен нулю, а в катушке R ₉ достигает максимального значения. Постоянный магнит логометра устанавливается в направлении вектора поля катушки R ₉.

При температуре +50 °С разность потенциалов точек А и В равна разности потенциалов точек А и С. Токи в катушках логометра равны по величине и направлены от точки В к точке А и от точки А к точке С. Магнит логометра устанавливается в направлении результирующего вектора полей обеих катушек. Это положение магнита соответствует среднему положению стрелки на шкале указателя.

При увеличении температуры с +50 до +150 °С потенциал точки А приближается к потенциалу точки В, поэтому ток в катушке R ₉ уменьшается до пуля, а в катушке R ₁₀ увеличивается до максимального значения. Подвижный магнит поворачивается в сторону катушки R ₁₀.

Каждая катушка логометра имеет одинаковое число витков. Сопротивление внутренней рамки меньше, чем наружной, поэтому в цепь внутренней рамки включено сопротивление R ₁₁ для обеспечения симметричности схемы и температурной компенсации. Резисторы R ₃ и R ₄, имеющие положительный температурный коэффициент сопротивления, также служат для температурной компенсации инструментальной погрешности показывающего прибора. При этом изменение сопротивления R ₃ компенсирует изменение тока в обмотке R ₁₀ из-за изменения температуры окружающей среды, а изменение сопротивления R ₄ - в обмотке R ₉.

Термометр типа ТУЭ имеет следующие характеристики:

– диапазон измерения от –70 до +150 °С, цена деления 10 °С;

– погрешность измерения при нормальной температуре 1,5 %;

– источник питания постоянного тока напряжением 27 2,7 В;

– датчики и указатели разных комплектов взаимозаменяемы.

Рис. 6.15. Устройство приёмника температуры П-69-2М:

1 – корпус; 2 – чувствительный элемент (изоляционная пластинка); 3 – платиновая проволока; 4 – трубка; 5 – колодка; 6 – втулка; 7 - стойка; 8 – выходные концы; 9 – штепсельный разъем

Приёмник температуры П-69-2М (рис.6.15) состоит из корпуса 1, внутри корпуса находятся два чувствительных элемента (изоляционная пластинка 2, на которую бифилярно намотана платиновая микропроволока 3. Все детали приёмника крепятся к стойке 7 и втулке 6, выполненные из жаропрочной хромоникелевой стали. Для защиты от солнечной радиации поверхность датчика полируется. Выходные концы 8 сопротивления через колодку 5 и трубку 4 соединены со штепсельным разъёмом 9. Преобразователь смонтирован в отдельном корпусе.

Соединение с приёмником температуры, блоком питания и регистрирующими устройствами производится через штепсельный разъём.