Для измерения температуры в электрических устройствах используются термопары, термометры сопротивления (проволочные и полупроводниковые) и термометры расширения (жидкостные) [23]. Кроме того, иногда используются специальные составы, изменяющие свою окраску при достижении определенной величины нагрева.
В последние годы стали применять полупроводниковые термометры (термисторы). Достоинствами термисторов являются малые габариты и высокая чувствительность.
Индикаторы температуры в практике испытаний иногда находят применение. К ним принадлежат теплочувствительные красители и легкоплавкие металлы. Под теплочувствительными красителями подразумеваются вещества, способные изменять свой цвет при достижении определенной температуры. Эти красители могут быть двух видов: обратимые, не изменяющие химического состава и восстанавливающие свой первоначальный цвет при остывании, и необратимые, у которых восстановление цвета при остывании не происходит, так как при достижении определенной температуры они изменяют свой состав (обычно теряют кристаллизационную воду). Последние могут быть одноступенчатыми и многоступенчатыми, у них наблюдается несколько последовательных изменений цвета при различных значениях температуры.
Теплочувствительные красители применяются в виде красок или карандашей. В первом случае они замешиваются на воде либо на каком-нибудь связующем веществе, не вступающем в реакцию с красителями на всем требуемом интервале температуры. Во втором случае краситель смешивается с воском или парафином, после чего формуется в виде стержней.
Краски наносятся на поверхность, температура которой подлежит определению, непосредственно кистью либо сначала на полоски бумаги, которые затем приклеиваются к этой поверхности клеем, нейтральным по отношению к красителю.
Карандаши применяются для непосредственного раскрашивания исследуемых поверхностей. Они хорошо наносятся на чистые поверхности металлов, но плохо на поверхности, покрытые масляными или битумно-масляными лаками.
Таблица 9.3. Состав сплавов для определения температуры, %
В табл. 9.3 дается рецептура некоторых сплавов, которые можно рекомендовать для применения.
Электрические термометры сопротивления.
Принцип действия этих термометров основан на свойстве веществ изменять электрические сопротивления с изменением температуры. У большинства чистых металлов при повышении температуры на 1°С сопротивление увеличивается в среднем на 0,4—0,6%, а у окислов металлов (полупроводников) и у водных растворов солей и кислот при нагревании оно уменьшается, причем в 4—9 раз быстрее по сравнению с возрастанием сопротивления чистых металлов; следовательно, они могут быть использованы для изготовления термометров сопротивления. К полупроводниковым термометрам относится также и группа термистеров.
Термометры сопротивления из чистых металлов изготовляют обычно в виде обмотки из тонкой проволоки на специальном каркасе. Для предохранения от внешних воздействий обмотку заключают в защитную арматуру. Термометр сопротивления погружают в среду, температуру которой необходимо измерить. Зная зависимость сопротивления от температуры, можно по его изменении судить о температуре исследуемой среды.
К числу достоинств электрических термометров сопротивления следует также отнести:
высокую степень измерения;
возможность градуировки шкалы прибора на любой температурный интервал в допустимых пределах;
возможность централизации контроля путем присоединения нескольких термометров сопротивления через переключатель к одному измерительному прибору;
возможность автоматической записи;
независимость показаний от температуры переключателя;
возможность измерения непосредственно температуры нагретого места.
Главным недостатком следует считать относительнобольшую сложность настройки измерительной схемы. Различием термопар и термометров сопротивления является то, что ухудшение контактов у первых ведет к уменьшению, а у вторых — к увеличению показаний.
Материал, предназначенный для изготовления теплочувствительного элемента термометров сопротивления, должен отвечать ряду требований: быть химически инертным и не изменять своих физических свойств, не окисляться и не поддаваться иным вредным возмущениям при нагревании; температурный коэффициент электросопротивления должен быть по возможности значительным, а зависимость сопротивления от изменения температуры должна быть близкой к линейной. Материалы для термометров сопротивления должны быть воспроизводимы с неизменными свойствами в больших количествах.
Химическая инертность материала, предназначенного для изготовления термометров сопротивления, должна быть выше, чем химическая инертность материала для термопар, так как незначительное уменьшение сечения от химического воздействия среды нечувствительно для термопар, но чувствительно для термометров сопротивления, поскольку проволока, из которой они изготовляются, очень тонка и уменьшение ее сечения вносит непоправимую погрешность в измерение, приводя к увеличенным показателям температуры. Приведенным выше основным требованиям к материалам для термометров сопротивления удовлетворяют только платина, медь, никель и железо.
Платина является лучшим материалом не только для образцовых и технических термометров, но и для эталонных.
Теплочувствительный элемент технических термометров сопротивления обычно изготовляют из тонкой платиновой проволоки (диаметром от 0,05 до 0,07 мм) или ленты (сечением от 0,002 до 0,005 мм2). Область измерения температуры для технических термометров сопротивления лежит в интервале от —120 до +500°С. В отдельных случаях платиновые термометры сопротивления применяют для измерения температуры в области от —200 до +700°С. Для таких измерений необходимо изготовлять термометры из проволоки диаметром примерно 0,1 мм.
Как видно из рис. 9.8, кривая зависимости сопротивления чистой платины от температуры отклоняется от линейного закона. В интервале температур от 0 до 660°С зависимость сопротивления платины от температуры определяется уравнением
где Rt — сопротивление термометра при температуре t; R0— сопротивление термометра при 0°С; А и В — постоянные, определяемые при градуировке термометра.
Температурный коэффициент сопротивления платины тем выше, чем чище платина. Для изготовления образцовых термометров сопротивления применяется платина максимальной чистоты. Чистоту платины принято характеризовать отношением R100/R0, где R0 — сопротивление при 0°С; R100 — сопротивление при 100°С.
Чистая платина имеет отношение R100/R0=1,391. Платина, из которой изготовляются технические термометры сопротивления, имеет отношение R100/R0, лежащее в пределах 1,387—1,390.
Рис. 9.8. Зависимость сопротивления некоторых металлов от температуры:
1 — железо; 2 — никель; 3 — медь; 4 — платина
Медь.
К достоинствам меди следует отнести ее низкую стоимость, возможность изготовления из нее таких проводников в любой изоляции, возможность получения проводниковой меди высокой частоты и сравнительно высокий температурный коэффициент сопротивления (4,25X
град-1) проводниковой меди, а также линейный характер зависимости сопротивления от температуры (см. рис. 9.8) в пределах от —50 до +200°С. Эта зависимость выражается формулой
где α — температурный коэффициент сопротивления.
К числу недостатков меди следует отнести малое удельное сопротивление (р≈0,017 Ом-мм2м-1). Медь не окисляется только при невысоких температурах в атмосфере без повышенной влажности и разъедающих газов.
Электрическая изоляция (эмаль или шелк) обмотки медного термометра, выполняемого обычно из проволоки диаметром 0,1 мм, является надежной также только при низких температурах. Поэтому верхний предел измерения температуры для медных термометров сопротивления обычно ограничен 100—150 °C.
Никель и железо.
Основным достоинством никеля и железа является то, что они обладают высоким температурным коэффициентом и сравнительно большим удельным сопротивлением. К числу существенных недостатков железа следует отнести трудность получения одинаковой его чистоты, кроме того, железо склонно к окислению. Закон возрастания сопротивления железа и особенно никеля, как видно из рис. 9.8, более сложен, чем платины и меди, что служит также большим неудобством при их применении.
Теплочувствительный элемент термометров из чистых металлов наматывают на специальный каркас. Материал каркаса термометра, предназначенного для измерения температур выше 100—150°С, должен обладать хорошими изоляционными качествами и технической прочностью, быть жароустойчивым и не оказывать вредного влияния на металлическую проволоку, намотанную на него. Этим требованиям в настоящее время удовлетворяют слюда, плавленый кварц и фарфор. Для изготовления каркаса термометра, предназначенного для измерения температур ниже 100°С, используют различные пластмассы, так как при этом требования жаростойкости отпадают.
Применение слюды ограничено, так как при температуре выше 500°С из нее выделяется кристаллизованная вода и она теряет изоляционные качества.
Проводники (выводы), соединяющие теплочувствительный элемент с зажимами, находящимися в головке термометра, не должны оказывать вредного влияния на материал проволоки термочувствительного элемента. Кроме того, материал выводов должен быть химически стойким и не развивать значительной термо-ЭДС в паре с медью.
В технических термометрах, применяемых для измерения температур, не превышающих 150°С, применяют медные выводы. При более высоких температурах в технических платиновых термометрах, предназначенных для точных измерений, выводы изготовляют из платины или золота.
Материал защитной арматуры, в которую помещается теплочувствительный элемент термометра, не должен реагировать с проволокой теплочувствительного элемента, должен быть жароустойчивым и обладать достаточно высокой прочностью. Кроме того, арматура термометра должна быть влагонепроницаемой.
Наиболее часто для проволочных термометров используют медь, имеющую высокий температурный коэффициент сопротивления, достаточно стабильный во времени. Значительно реже применяют железные и никелевые термометры и только в условиях специальной лабораторной практики используют термопары сопротивления из платины.
Градуировочная характеристика медного термометра сопротивления, эксплуатируемого при температуре до 150°С, с достаточной точностью выражается зависимостью
где Rг и Rх — сопротивление обмотки термометра, Ом, при температуре соответственно tг и tx, °C.
Конструкции термометров сопротивления различны в зависимости от их назначения. Например, термометры сопротивления, предназначенные для измерения температуры обмотки и активной стали статора в пазах электрических машин, выполняют следующим образом. Медная проволока диаметром 0,1 мм, изолированная эмалью в шелковой оплетке, наматывается бифилярно на тонкий плоский каркас из изоляционного материала (миканит, стеклотекстолит и т. п.). Снаружи термометр обматывается несколькими слоями пропитанной лаком кабельной бумаги, а затем подвергается прессовке и запечке для придания ему монолитности. Изготовленный таким способом термометр имеет довольно значительные размеры (толщина примерно 1,5 мм, ширина примерно 20 мм и длина несколько сантиметров). При этом его сопротивление составляет 53 Ом при 0°С.
В ряде случаев для миниатюризации датчиков наматывают медную проволоку диаметром 0,02—0,03 мм, изолированную эмалью, на каркас из тонкой слюды. Снаружи накладывают защитный слой конденсаторной бумаги. В этом случае термометр толщиной 0,5 мм занимает площадь 0,5—1,0 см2 и имеет сопротивление от 100 до 200 Ом.
Поскольку сопротивление обмотки термометра зависит от изменения средней температуры, иногда используют это свойство в целях интегрирования поля температуры в определенной области. В этом случае стремятся не уменьшать размеров чувствительного элемента, а наоборот, своеобразный термометр сопротивления размещают в камере входа или выхода газа вблизи газоохладителя или в другом участке вентиляционного тракта машины, если создать в исследуемом сечении непрерывную равномерную сетку из медного провода.
Значение исходного сопротивления обмотки термометра (если она не регламентируется вторичным прибором) диктуется следующими условиями. Для уменьшения влияния температурного изменения на сопротивление подводящих проводов стремятся выполнить термометр с большим омическим сопротивлением. Это позволяет также использовать менее чувствительные вторичные приборы.
Однако неизбежное при этом использование более тонкой проволоки снижает эксплуатационную надежность термометра и приводит к нагреву его обмотки измерительным током. Противоречия такого рода решаются расчетом с выбором варианта, обеспечивающего минимальную погрешность.
Термометры сопротивления, предназначенные для измерения температуры в пределах от —50 до +100°С, изготовляют из изолированной медной проволоки диаметром 0,1 мм, намотанной в несколько слоев на цилиндрический каркас из пластмассы и покрытой слоем бакелитового лака. Длина теплочувствительного элемента равна 40 мм.
Технические термометры сопротивления платиновые и медные выпускаются взаимозаменяемыми, т. е. с одной и той же градуировкой (табл. 9.4).
Таблица 9.4. Градуировочные данные медных термометров сопротивления
Приборы, предназначенные для применения с термометрами сопротивления (уравновешенные мосты, автоматические электронные мосты и логометры), строятся из расчета, что сопротивление всех соединительных проводов между ними и термометрами составляет 5 Ом. Поскольку в действительности это сопротивление меньше, в цепь каждого термометра вводится подгоночное сопротивление, равное разности между общим сопротивлением 5 Ом и фактическим сопротивлением соединительных проводов.
Сопротивления соединительных проводов, встраиваемых в машину на время испытания, заранее замеряются. Поскольку при наличии встроенных термометров сопротивления может быть измерено сопротивление только внешней части соединительных проводников, их сопротивление внутри машины указывается в документах, прилагаемых к машине.
Практикуется измерение сопротивлений термометров с помощью моста; после вычитания значения сопротивления проводников из значения измеренного сопротивления температура определяется по градуировочной таблице. Такой способ измерения не требует подгонки сопротивлений проводников и при применении хорошего моста более точен.
Для термометра сопротивления нельзя применять переключатели, подобные вольтметровым, так как при разрыве цепи в момент переключения с одного термометра на другой подвижная система измерительного прибора испытывает сильные толчки тока от источника питания схемы измерения, вредно отзывающиеся на приборе. Поэтому конструкция переключателя должна обеспечивать либо предварительное отключение источника питания при переключениях, либо чрезвычайно быстрый переход из одного положения в другое.
Наличие подводящих проводов, подгоночных сопротивлений и контактов переключающих устройств приводит к некоторому снижению точности измерения температуры с помощью логометров и автоматических мостов — до 2— 3°С.
Требование более высокой точности измерения может быть выполнено при использовании в качестве вторичного прибора одинарного уравновешивающего моста, с помощью которого измеряется сопротивление термометров в холодном и нагретом состояниях.
Для удобства обработки опытных данных сопротивление термометров приводят к температуре 15°С. Рабочая температура tг, °C, по результатам измерения Rг, определяется по формуле 
Если сопротивление термометра при 0°С составляет 53 Ом, допустимо использование упрощенной формулы tг=4,44(Rг—53).
Термопары.
В основу способа измерения температуры с помощью термопар положен термоэлектрический эффект. Применение этого явления к изменению температур основано на существовании определенной зависимости между термо-ЭДС, устанавливающейся в цепи, составленной из разнородных проводников, и температурой в местах их соединения.
Материалы для термопар.
К материалам, предназначенным для изготовления термопар, предъявляется ряд требований: они должны в пределах измеряемых температур не изменять с течением времени свои физические свойства, не окисляться и не поддаваться иным вредным воздействиям и иметь неизменные свойства; температурный коэффициент электросопротивления должен быть по возможности минимальным, а электропроводность — высокой; термо-ЭДС выбираемых материалов должна быть достаточной для точных измерений и изменяться однозначно в зависимости от температуры.
По характеру применяемых для изготовления термопар материалов они могут быть разбиты на следующие группы: термопары из благородных металлов, термопары из неблагородных металлов, термопары из металлических термоэлектродов в паре с неметаллическими и химическими соединениями. Термопары первой и третьей групп применяются для специальных исследований в области высоких температур.
Таблица 9.5. Пределы измерения температур для термопар из неблагородных металлов
В электротехнике для измерения температур широко используются термопары из неблагородных металлов. Наибольшее применение нашли следующие термопары: медь-копель, железо-копель, хромель-алюмель. Эти термопары являются стандартными. Пределы измерения температур для перечисленных термопар приведены в табл. 9.5.
Из числа нестандартных термопар наиболее широкое применение имеют медь-константан и железо-константан. Первая из них, так же как медь-копель, служит для измерения температуры ниже 350°С. Термопара железо-константан может быть использована для измерения температуры при длительном применении до 600 °C. Константан в паре с медью или железом развивает значительно меньшую ЭДС, чем копель в паре с теми же металлами. Термопары медь-константан широко применяют для измерения низких температур в интервале от 0 до —100 °C. В тех случаях, когда термо-электроды термопары подвержены действию влаги, рациональнее пользоваться термопарой хромель-копель, поскольку она дает наивысшую ЭДС из всех применяемых термопар.
Термопары с медным термоэлектродом обычно спаивают серебром или оловянистым припоем. Во избежание окисления меди сразу после спайки горячий спай термопары рекомендуется охладить в воде. Для удобства пользования и придания целостности термопаре ее электроды связывают общей изоляцией.
Для измерения термо-ЭДС термопар в производственных условиях применяются приборы компенсационного типа, потенциометры постоянного тока (ПП-63 или КП-59) и автоматические электронные потенциометры. Преимущество приборов этого типа перед милливольтметрами или гальванометрами состоит в независимости показаний прибора от сопротивления цепи термопары. Однако и при пользовании потенциометрами надо избегать чрезмерного увеличения сопротивления внешней цепи (свыше 130—150 Ом), поскольку при этом снижается чувствительность индикатора.
Использование автоматических потенциометров, снабженных температурной шкалой, в сочетании с термопарами медь-константан сопряжено с дополнительными погрешностями из-за возможного несоответствия градуировочной характеристики применяемых термопар стандартной градуировке. В этом случае в результат должна вводиться поправка.
Градуировка термопар может производиться двумя способами: по постоянным точкам затвердения (плавления) и кипения химически чистых веществ и путем сравнения их показаний с показаниями образцового пирометра.
В том и другом случае градуировка сводится к определению зависимости ЭДС термопары от температуры горячего спая (рабочего конца) при постоянной температуре холодных спаев (обычно при 0 °C). Измерить термо-ЭДС можно только с помощью потенциометра, поэтому при градуировке не следует измерять ЭДС с помощью пирометрического милливольтметра. По постоянным точкам градуируют преимущественно платинородий-платиновые термопары, предназначенные для точных измерений температуры.
Проверка (градуировка) термопар путем сравнения их показаний с показаниями образцового пирометра сводится к следующему. Горячие спаи градуируемой и образцовой термопар нагревают до одинаковой температуры при строго постоянной температуре холодных спаев (обычно при 0 °C) и производят измерение их термо-ЭДС, по которой судят о температуре горячего спая градуируемой термопары. Производят ряд отсчетов при разных температурах горячего спая и затем составляют градуировочные кривые для градуируемых термопар. Потом по градуировочной кривой составляют градуировочную таблицу, например через каждые 50 или 100 °C.
Эта градуировка производится, в интервале температур от 10 до 300 °C в водяном и масляном термостатах, а в интервале от 200 до 1300 °C — в электрических трубчатых печах. Градуировку термопар ниже 0°С производят в термостатах, заполняемых этиловым спиртом или другой жидкостью, охлаждаемой твердой углекислотой или жидким воздухом. Для поддержания постоянной температуры холодных спаев, равной 0°С, применяют сосуды Дьюара или термостат.
При градуировке в жидкостных термостатах в качестве образцовых приборов применяют образцовые ртутные термометры или образцовый платиновый термометр сопротивления, а в электрических трубчатых печах — образцовую платинородий-платиновую термопару. В водяной термостат образцовый термометр сопротивления и градуируемые термопары должны быть погружены в стеклянных пробирках, заполненных чистым маслом.
После каждой очистки и отжига необходимо контролировать (постоянство термоэлектрических свойств неизменность градуировочной таблицы) образцовой термопары путем сравнения ее показаний с показаниями контрольной термопары. В качестве контрольной термопары берется образцовая платинородий-платиновая термопара того же разряда. Контрольную термопару следует хранить в лаборатории исключительно для целей контроля образцовой термопары, находящейся в работе. Для измерения термо-ЭДС образцовой и градуируемых термопар применяют образцовые потенциометры.
Отсчеты образцовой и градуируемых термопар должны производиться не реже чем через каждые 50 или 100 °C до наивысшей температуры, на которой длительно используются термопары. Число проверяемых точек для технических термопар, не бывших в употреблении и изготовленных из стандартных термоэлектродных материалов, должно быть не менее трех.
Температура горячих спаев термопар определяется по ЭДС образцовой термопары согласно ее свидетельству. При достижении требуемой температуры сила тока реостата регулируется так, чтобы во время отсчетов термо- ЭДС температура оставалась постоянной или изменялась не более чем на 1—2 °C в течение 5 мин. Число отсчетов по образцовой и градуировочной термопарам в каждой точке должно быть не менее четырех.
Потенциометрический метод измерения термо-ЭДС.
Рис. 9.9. Принципиальная схема потенциометрического метода измерения термо-ЭДС
Принцип потенциометрического метода измерения основан на уравновешивании (компенсации) измеряемых термо-ЭДС и падении напряжения на известном сопротивлении. Принципиальная схема этого метода представлена, на рис. 9.9. Уравновешивающее падение напряжения здесь создается вспомогательным источником тока Б на известном резисторе R. При этом источник Б поддерживает не изменяющийся во время измерения ток I, проходящий по сопротивлению R. Вдоль резистора R может перемещаться скользящий контакт-движок b, к которому присоединен один зажим термопары Ет и один зажим источника тока А. К точке а резистора R присоединен один зажим нулевого провода НП, второй зажим последнего присоединен к переключателю П, с помощью которого нулевой прибор можно включить в цепь термопары или источника тока А.
Принцип потенциометрического метода измерения основан на уравновешивании (компенсации) измеряемых термо-ЭДС и падении напряжения на известном сопротивлении. Принципиальная схема этого метода представлена, на рис. 9.9. Уравновешивающее падение напряжения здесь создается вспомогательным источником тока Б на известном резисторе R. При этом источник Б поддерживает не изменяющийся во время измерения ток I, проходящий по сопротивлению R. Вдоль резистора R может перемещаться скользящий контакт-движок b, к которому присоединен один зажим термопары Ет и один зажим источника тока А. К точке а резистора R присоединен один зажим нулевого провода НП, второй зажим последнего присоединен к переключателю П, с помощью которого нулевой прибор можно включить в цепь термопары или источника тока А.
Принцип потенциометрического метода измерения основан на уравновешивании (компенсации) измеряемых термо-ЭДС и падении напряжения на известном сопротивлении. Принципиальная схема этого метода представлена, на рис. 9.9. Уравновешивающее падение напряжения здесь создается вспомогательным источником тока Б на известном резисторе R. При этом источник Б поддерживает не изменяющийся во время измерения ток I, проходящий по сопротивлению R. Вдоль резистора R может перемещаться скользящий контакт-движок b, к которому присоединен один зажим термопары Ет и один зажим источника тока А. К точке а резистора R присоединен один зажим нулевого провода НП, второй зажим последнего присоединен к переключателю П, с помощью которого нулевой прибор можно включить в цепь термопары или источника тока А.
Для измерения термо-ЭДС нулевой прибор НП включают в цепь термопары, после чего перемещают движок b тех пор, пока стрелка нулевого прибора не перестанет отклоняться от нулевой отметки на шкале. При выполнении этого условия уравновешивающее падение напряжения на части резистора равно измеряемой термо- ЭДС. В этом случае справедливо равенство
Et=IR1,
где R1 — сопротивление участка ab.
В качестве известного источника А обычно берут нормальный элемент, развивающий при 20°С постоянную ЭДС, равную 1,0185 В, и обладающий небольшим температурным коэффициентом (примерно 0,04% на 1°С).
Рис. 9.10. Принципиальная схема потенциометра:
а — с постоянной силой рабочего тока; б — с переменной силой рабочего тока
Потенциометры широко используются для точного измерения термо-ЭДС термопар, сопротивления термометров, поверки пирометрических милливольтметров и ряда других случаев. Кроме того, автоматические потенциометры нашли широкое распространение в комплекте с термопарами, фотоэлектрическими и радиационными пирометрами для измерения и записи температур.
Потенциометры с постоянной силой рабочего тока в приборе обеспечивают большую точность, так как для определения измеряемой термо-ЭДС исходят из ЭДС нормального элемента, задаваемой с очень высокой степенью точности, и из сопротивлений, значения которых также могут быть установлены с достаточной степенью точности 0,01—0,001 %.
Принципиальная схема потенциометра с постоянной силой рабочего тока в приборе показана на рис. 9.10,а. В цепь источника тока включены регулировочный резистор (реостат), резистор (реостат) Rb, резистор Rн.э, предназначенный для установки рабочего тока I, измерительный резистор R, вдоль которого перемещается скользящий контакт-движок с. Резистор R обычно выполняется в виде реохорда, секционированного резистора или комбинации того и другого.
Для установления определенной величины рабочего тока переключатель П устанавливается в положение К.
Затем переключатель 77 устанавливают в положение И и перемещают движок с до тех пор, пока стрелка нулевого прибора не установится на нулевую отметку шкалы, т. е. пока падение напряжения на участке измерительного резистора R между точками b и с не будет равно измеряемой термо-ЭДС термопары всего измерения. Поэтому необходимо заботиться о постоянстве ЭДС источника тока, питающего измерительную схему потенциометра.
При измерении термо-ЭДС с помощью потенциометра отсчет производят в момент времени, когда нулевой прибор показывает отсутствие тока в цепи термопары. Поэтому при измерении термо-ЭДС ни в термопарах, ни в соединительных проводах не происходит падения напряжения, а следовательно, не искажается измеряемая термо-ЭДС.
Потенциометры с переменной силой рабочего тока в приборе применяют в тех случаях, когда при измерении термо-ЭДС не требуется большая точность. Приборы этого типа изготовляют обычно в виде переносных потенциометров.
Принципиальная схема потенциометра с переменной силой рабочего тока в приборе приведена на рис. 9.10,6. На этой схеме приняты следующие обозначения: Rb — регулировочный резистор, выполненный в виде реостата; R — измерительный резистор; М — миллиамперметр, предназначенный для измерения силы рабочего тока в измерительной схеме; К —ключ для замыкания и размыкания цепи термопары Eт; НП — нулевой прибор.
Для измерения термо-ЭДС нулевой прибор с помощью ключа К включают в цепь термопары, после чего изменяют сопротивление регулировочного резистора Rb до тех пор, пока стрелка нулевого прибора не установится на нулевую отметку шкалы.
Данная схема потенциометра отличается от приведенной выше тем, что уравновешивание достигается не изменением известного сопротивления резистора R, а таким подбором тока 7, при котором падение напряжения на сопротивлении равно измеряемой термо-ЭДС.
Термометры.
В термометрах расширения используется зависимость объема жидкости от температуры. Наибольшее распространение при измерениях в электрических машинах находят жидкостные термометры, а среди них — ртутно-стеклянные (или ртутные). Преимущества ртутных термометров перед спиртовыми или толуоловыми состоят в более высокой точности и меньшей инерционности. Однако в условиях сильных электромагнитных полей высокой частоты иногда приходится пренебрегать этими достоинствами и пользоваться термометрами с непроводящими рабочими жидкостями (спирт, толуол).
Для улучшения передачи тепла от нагретой поверхности к приложенному к ней термометру резервуар последнего следует обертывать двумя-тремя слоями тонкой оловянной или алюминиевой фольги, стремясь обмять ее так, чтобы она хорошо прилегала к поверхности и чтобы между ее слоями не оставалось воздушных прослоек. Обернутую часть следует прикрыть ватой или сухой тканью и плотно прикрепить к нагретой поверхности.
По своему назначению ртутные термометры подразделяются на образцовые (служащие для целей проверки), лабораторные и технические. Лабораторные термометры с ценой деления 0,1 и 0,2°С применяются для измерения температуры, изменяющейся в небольших пределах (вода в газоохладителях и теплообменниках, дистиллят на выходе и входе из обмотки статора). Как правило, указанные измерения выполняются термометрами со шкалой от 0 до 50°С или от 50 до 100°С. Лабораторные термометры должны проходить ежегодную поверку с внесением поправок.
Применение технических термометров с ценой деления 1°С при испытаниях гидрогенераторов допустимо в тех случаях, когда измерения носят контрольный характер или когда по условиям измерений невозможно достигнуть высокой точности. Перед использованием технических термометров рекомендуется производить их поверку по показаниям лабораторного термометра.
Если жидкость или газ находятся под давлением, отличающимся от атмосферного, то термометры для измерения их температуры вставляются в запаянные с одного конца трубки, ввернутые с помощью штуцеров или вваренные в соответствующие полости или трубопроводы; для улучшения передачи тепла от стенок трубки к термометру она заполняется маслом или металлическими опилками. При измерении температуры входящего или выходящего воздуха термометры подвешиваются на растяжках в отверстия корпуса машины.
