Термоэлектрические приборы.

Термоэлектрический прибор представляет собой соединение одного или нескольких термопреобразователей и магнитоэлектрического измерительного механизма с отсчетным устройством.

На рис. 9-3 показано устройство термопреобразователя, состоящего из термопары 1 и нагревателя 2. В качестве нагревателя используют проволоку, допускающую длительный нагрев. При пропускании тока I_Х через нагреватель он нагревается и на сво­бодных концах термопары возникает термо-ЭДС, которая вызывает ток через измерительный механизм.

Рис. 9-3. Устройство термоэлектрического прибора

Термо-ЭДС, развиваемая термо-преобразователем, пропорциональна количеству теплоты, выделенной измеряемым током в нагревателе. Количество теплоты, в свою очередь, пропорционально квадрату действующего значения измеряемого тока I_Х. Ток в цепи измерительного механизма I = E/R_и, где Е — термо-ЭДС; R_и — сопротивление цепи катушки измерительного механизма. Таким образом, показания термоэлектрического прибора должны быть пропорциональны квадрату действующего значения измеряемого тока. Однако квадратичный характер шкала имеет только в начальной части, при увеличении тепловых потерь нагревателя вследствие возрастания тока он исчезает.

Теплота, выделяемая током в нагревателе, в очень широких пределах не зависит от частоты, поэтому термоэлектрическими приборами можно пользоваться и на постоянном токе и на пе­ременном, включая радиочастоты.

При малых значениях измеряемых токов (150—300 мА) применяют вакуумные термопреобразователи. В них нагреватель и термопара помещаются в стеклянный баллон, в котором создано разрежение. При этом достигается уменьшение потерь на теплоотдачу в окружающую среду и, следовательно, для нагревания рабочего конца термопары требуется меньшая мощность.

Расширение пределов измерений термоэлектрических амперметров на токи до 1 А производится включением измерительного механизма с отдельными термопреобразователями на каждый предел измерений. При измерении токов свыше 1 А для расширения пределов измерений пользуются высокочастотными измерительными трансформаторами тока. В термоэлектрических вольтметрах расширение пределов измерений производится с помощью добавочных резисторов, включаемых последовательно с нагревателем.

В термоэлектрических микроамперметрах используют вакуумные термопреобразователи с усилителями постоянного тока.

Основным достоинством термоэлектрических приборов является достаточно высокая точность измерений в расширенном диапазоне частот и при искаженной форме измеряемого тока или напряжения. Современные термопреобразователи используют как на постоянном токе, так и на частотах вплоть до 100 МГц. Однако на частотах примерно 5—10 МГц частотная погрешность термоэлектрического прибора может достигать 5—10 %. Объясняется это тем, что с увеличением частоты вследствие поверхностного эффекта повышается сопротивление нагревателя. Кроме того, при очень высоких частотах часть измеряемого тока ответвляется через собственные емкости, минуя нагреватель. Частотная погрешность у термоэлектрических вольтметров обычно выше, чем у амперметров из-за влияния изменения сопротивления добавочного резистора, который не может быть выполнен совершенно безреактивным.

К недостаткам термоэлектрических приборов следует отнести малую перегрузочную способность и ограниченный срок службы термопреобразователей, зависимость показаний прибора от температуры окружающей среды и значительное собственное потребление мощности (в амперметрах на 5 А примерно 1 В «А, ток полного отклонения вольтметров колеблется от 10 до 50 мА).

Промышленность выпускает многопредельные переносные термоэлектрические приборы, предназначенные для измерения переменных и постоянных токов от 100 мкА до 100 А, напряже­ний— от 150 мВ до 600 В. Приборы работают в диапазоне от постоянного тока до частот 50 МГц, класс точности 1, 0 и 1, 5. Высокочастотные термоэлектрические микроамперметры, например, типа Т133, с пределом измерений до 1000 мкА (четыре поддиапазона) имеют встроенный в прибор фотогальванометрический усилитель.

Лекция 10 Общие вопросы измерительных приборов.