образно использовать эквивалентную схему с сосредоточенными параметрами (рис. XII.52). Погрешность определяется из формулы ]5]

(XII.64)

где га - множитель, v, vj - составляющие погрешности: .

VL = T(H + i+2). (XI 1.66)

vtc = C2R2 [3/.2 {R + Ri + R) + R2 {К + Ш -

Ri (L + L)

;(/?H + + 2(f.H + Z.i + /-2)-

R + Ri + 2(L + Li + L2) +

-C /? (/?i + /?2)

R ai+f-2)

(Ri+R) +

R1 + R2 .Rc + RCi

(XII.67)

+ Y tii + R2) + CiR2 {R + Ri) + CR (Ri + R2)V..

(XII.68)

Для случая, когда R > Ri, R, r(L + Li+L,)?

V = - CO?

-C{Li + L2)-CLi

Если < Z,j, L2 и выводы нагревателя одинаковы.

2/?!

(XI 1.69)

(XII.70)

где Lo = 2Li - полная индуктивность выводов, Сп = 2С, - полная емкость.

Если Li > L2, то

-+coL(c,+ i-Co). (XII.71)

Из (XII. 71) следует, что погрешности возрастают пропорциО нально квадрату частоты, кроме того, существует набор параметров для которых V = 0. Соотношение между параметрами в этом случае

(с, + Со)

(XII.72)

13. Высокочастотные преобразоватепи

Разработаны варианты вакуумных преобразователей для частот выше 100 МГц. К особенностям их конструкции относится изготовление токоподводов и нагревателя из немагнитных материалов, применение нагревателей малого диаметра для уменьшения его индуктивности, уменьшение емкости нагреватель-термопара. Схематическое изображение преобразователей приведено на рис. XII.29, свойства некоторых преобразователей для СВЧ - в табл. XII.8. Уменьшение ошибок, обусловленных рассогласованием преобразователя н подводящих к нему симметричных линий, достигается

Рис. XII.53. Конструкции преобразователей, в которых предусмотрено согласование с высокочастотными электрическими цепями:

/ - симметрирующие проводники; 2 - согласующий резистор; 3 - согласующий трубчатый нагреватель [111].

конструкциями, обеспечивающими необходимое волновое сопротивление (50; 75; 140 и 600 Ом) [111]. Варианты таких конструкций приведены на рис. XII. 53.

14. Интеграторы

Для определения интегрального электрического заряда, протекающего через проводник, применяется калориметрический метод [34]. Схема преобразователя приведена на рис. XII.54. Количество тепла, выделяющегося в нагревателе, регистрируется термопарой. Для уменьшения влияния теплообмена использован дополнительный

нагреватель и зеркальные колбы. Без учета теплообмена зависимость между ЭДС термопары и прошедшими через нагреватель зарядами 9в определяется выражением

и 9о

(XI 1.73)

где а - термоЭДС термопары, - сопротивление нагревателя, С - теплоемкость преобразователя, t - время. В реальных усло-

Рис. XII.54. Схема преобразователя для измерения количества электричества:

/ - термопара; 2, 5 - стеклянные трубки; 3 - нагреватели; 4 - элект-род; 6 - дополнительный нагреватель; 7, в - зеркальные колбы; - отвод для откачки воздуха [34].

Рис. XII.55. Конструкции термопреобразователей для интегрирования слабых переменных токов произвольной формы: я - с одной хромель-копелевой термопарой; б - с термоэлектрической Латареей из хромель - копеля (10 спаев); / - калориметрическое тело; 2 - нихромовый нагреватель; 3 - термобатарея или термопара; 4 - медный термостатирующий цилиндр; 5 .- вакуумный корпус; 6 - термостат

ВИЯХ адиа(5атичность не удовлетворяется строго, поэтому в выражение (XII.73) необходимо ввести член, учитывающий теплообмен.

(XI 1.74)

где X - теплопроводность системы. При t < погрешность измере-

ния составляет не более 1%, при -</<- не более 5%.Для

быстрого приведения прибора в исходное тепловое состояние использован термоэлектрический холодильник.

Аналогичный интегрирующий преобразователь для слабых токов 150] приведен на рис. XII. 55. В приборе использована более эффективная тепловая изоляция нагревателя и термопары, позволяющая исключить дополнительный нагреватель. Потери тепла на излучение составляют не более 5 10 Вт при разности температур между корпусом и нагревателем 1 К; потери тепла по подводящим проводникам термопары 1,5 10~°Вт, по проводникам нагревателя 1 10~° Вт. Параметры приборов приведены в табл. XII. 10. Преобразователь можегбыть использован для измерения силы тока 50 мкА в частотном диапазоне до 10 МГц; постоянная времени прибора 5-10 с. Минимальное значение измеряемого тока с погрешностью 20% равно 15 мкА.

Таблица XII.10 Параметры преобразователя для интегрирования-слабых токов [50\

Импульсы тока такой частоты могут быть измерены и обычными преобразователями, если в качестве регистрирующего прибора использовать баллистический гальванометр. Необходимо только, чтобы период собственных колебаний гальванометра был больше суммарной длительности импульса измеряемого тока и постоянной времени термопреобразователя [9].

15. Применение преобразователей на низких и инфраиизких частотах

При измерениях на частотах ниже 0,5 Гц (0,1-0,01 Гц) кроме мер по увеличению постоянной времени используются специальные схемы включения преобразователей. На рис. XII. 56 приведена [36] схема для измерения 90°- или 270°-ного сдвига фаз двух электрических колебаний. Для идентичных преобразователей подводимая к измерительному прибору суммарная ЭДС Е - К р1 не зависит от времени. Отклонение от 90° сдвига фаз приводит к появлению переменной составляющей тока. При сдвиге на 20 относительное значение амплитуды переменной составляющей равно 0,6% значения суммарной ЭДС. На рис. XII. 57 приведена схема индикатора синфазности двух электрических колебаний. Преобразователи термопарами включены навстречу друг другу; прн равных токах и отсутствии сдвига фаз показания индикатора отсутствуют. В этой схеме целесообразно использовать малоинерционные преобразователи,

Схема для измерения аффективных и амплитудных значений токов инфранизкой частоты приведена на рис. XII. 58. Если в схеме поддерживать сдвиг фаз между токами в нагревателях равным 90°, то при равенстве токов в нагревателях показания выходного прибора пропорциональны квадратам амплитудных значений измеря-

(Г-Ж)

Рис. XII.56. Схема включения термопреобразователей для измерения 90°- или 270°-ного сдвига фаз на инфранизких частотах:

, = / sin a,t; = / sin Ш + 90°) [36].

Рис. XII.57. Схема включения преобразователей для индикации син-фазности двух электрических сигналов на инфранизких частотах [36].

емого тока или напряжения. Необходимый сдвиг фаз 90° достигается фазосдвигающим устройством. Измерительный прибор предва- рительно граду-ируется на постоянном токе. Погшности схем - (см. рис. XII. 56-XII. .58) в первую очередь зависят от идентичности преобразователей, отклонений равенства токов в преобразователях, идентичности вольт-амперных характеристик, отклонения квадратичности преобразования.

У, л

Рис. XII.58. Схема для измерения амплитуды напряжения или тока на инфранизких частотах:

ФВ -. фазоедвигающее устройство; R - сопротивления [36].

Рис. XII.59. Схема каскадного преобразователя для инфранизких частот:

1, 2, .. ., п - преобразователи; у . .. -усилители [82].

Для измерений на инфранизких Частотах предложен каскадный преобразователь [82], содержащий ряд последовательно включенных преобразователей и усилителей (рис. XII. 59). ТермоЭДС каждого преобразователя содержит постоянную и переменные составляющие

£i(0=£oi + ei..sin2((B< + (p).

Ei (t) = + sin 4 (со/ -f ф), (XII.75)

En(t) = Eon + е . sin 2 (mt + ф),

откуда следует, что в каждом следующем преобразователе частота переменной составляющей напряжения удваивается и, следовательно, улучшаются условия преобразования. По заданной погрешности преобразования определяется количество каскадов. Каскадные преобразователи расширяют пределы измерений в сторону малых частот.

Методы измерений на основе термопреобразователей описаны в работах [16, 26, 31, 38, 64, 67, 80], анализ погрешностей измерительных приборов и устройств с преобразователями - в работах [И, 14, 15, 17, 18, 20, 31, 33, 41, 44, 45, 115, 120]. Сведения об использовании преобразователей приведены в работах [3, 6, 13, 21-23, 25, 27, 31, 32, 38, 39, 43, 45, 47, 48, 53, 55, 56, 62, 63, 70, 72, 74, 79-81, 83, 84, 87-89, 91, 92, 94-99, 101, 103-105, ПО, 116, 117, 122, 124, 127, 128, 130].

§ 3. Многоэлементные преобразователи

1. Конструкции и параметры

Основные параметры преобразователей (квадратнчность преобразования, перегрузочная способность, стабильность во времени и в динамическом диапазоне) существенно зависят от перепадов температуры в термопарах. При больших перепадах температуры (150-200° С) параметры преобразователя ухудшаются, возрастают погрешности преобразования из-за температурных зависимостей свойств материалов термопары и нагревателя, а также из-за изменений условий теплообмена с окружающей средой. Наиболее приемлемым является температурный режим, в котором максимальные перепады температуры не превышают 10° С. В этих условиях выходной сигнал около 10 мВ достигается при использовании многоэлементных преобразователей, содержащих несколько десятков последовательно включенных термопар. Расположение спаев термопар по длине нагревателя позволяет уменьшить влияние асимметрии температурного поля, вызванной эффектами Пельтье и Томсоиа. При малых перепадах температуры существенно уменьшаются и низкочастотные погрешности преобразователя. В ранних вариантах многоэлеметных преобразователей использовались [12] последовательно соединенные термопары с расположенным под ними общим нагревателем. В свою очередь нагреватель укреплялся между пружинящими стойками, которые предохраняли его от провисания при нагревании. Термопары изготовлялись из многократно прокатанного бруска, спаянного из двух разнородных металлов. При обработке прокатом в бруске частично нарушалась граница между металлами, поэтому необходимо было применять широкие нагреватели, что приводило к росту инерционности и снижению чувствительности. Эти недостатки были устранены в конструкции, где термобатарея изготовлялась из сваренных хромелевых и копелевых проволок, прокатанных для получения прямоугольного сечения до размера 6,3 10~мм*. Преобразователи с жестким креплением термопар и нагревателя помещались в металлический корпус. Выводы от термобатареи и нагревателя монтировались на октальный цоколь радиолампы. Дальнейшее усовершенствование конструкции привело к созданию преобразователей типа ТЭМ. Параметры преобразователей этого типа приведены в табл. XII. 11. На преоб-