Сравнителен метод с мярка

В измервателната технология за подобряване на точността често се използва метод, който се основава на сравняване на стойността на измереното количество със стойността на количеството, възпроизведено със специална мярка. В този случай се измерва различния (диференциален) сигнал и тъй като измерването обикновено има малка грешка, се осигурява висока точност на измерване.

Именно този метод е в основата на работата на измервателните мостове и потенциометри.

Обикновено стойността, възпроизведена от мярката, се регулира и в процеса на измерване нейната стойност се задава точно равна на стойността на измерената стойност.

При измерването на мостове като такава мярка се използват съпротивления — реохорди, с помощта на които се балансира съпротивлението на термичния преобразувател, което се променя при промяна на температурата на обекта.

В потенциометрите за измерване обикновено се използва стабилен източник на напрежение с регулиран изход. В хода на измерванията, използвайки напрежението на такъв източник, се компенсира генерираното от сензора ЕМП. В този случай този метод на измерване се нарича компенсация.

И в двата случая задачата на следващите устройства (устройства) е само да регистрират факта на равенство на измерената стойност и мярката, следователно изискванията към тях са значително намалени.

Определяне на температурата чрез измерване на мостове

Като пример, помислете за принципа на работа на измервателния мост в ръчен режим.

Фигура 1а показва мостова верига за измерване на температурата Θ на определен обект за управление на OR (или измерване на OI). Основата на такава верига е затворена верига от четири резистора RTC, Rp, Rl, R2, образуващи така наречените мостови рамена. Точките на свързване на тези резистори се наричат ​​върхове (a, b, c, d), а линиите, свързващи противоположни върхове (a-b, c-d), се наричат ​​диагонали на моста. Един от диагоналите (c-d, фиг. 1.a) се захранва с захранващо напрежение, другият (a-b) е измервателен или изходен. Именно такава верига се нарича мост, която дава името на цялото измервателно устройство.

Резисторът RTC е първичен измервателен преобразувател на температурата (термистор), разположен в непосредствена близост до обекта на измерване (често вътре в него) и свързан към измервателната верига с помощта на проводници с дължина до няколко метра.

Основното изискване за такъв термичен преобразувател е линейната зависимост на неговото активно съпротивление RTC от температурата в необходимия диапазон на измерване:

където R0 е номиналното съпротивление на термичния преобразувател при температура Θ0 (обикновено Θ0 = 20 ° С):

α — температурен коефициент в зависимост от материала на термичния преобразувател.

Най -често използваните метални термистори TCM (мед) и TSP (платина), понякога се наричат ​​метални термистори (MTP).

Променливият резистор Rp е високоточният реохорд (мярка), обсъден по-горе и служи за балансиране на променящия се RTC. Резисторите R1 и R2 допълват мостовата верига. В случай на равенство на техните съпротивления R1 = R2, мостовата верига се извиква симетрично.

В допълнение, фиг. 1.а показва нулево устройство (NP) за фиксиране на баланса на моста и стрелка със скала, градуирана в градуси по Целзий.

Ориз. 1. Измерване на температурата чрез измерване на мостове: а) в ръчен режим; б) в автоматичен режим

От електротехниката е известно, че условието за баланс (равновесие) на моста се реализира, когато произведението на съпротивленията на противоположните рамена на моста е равно, т.е.като се вземе предвид съпротивлението на проводниците, които свързват сензора:

където Rp = Rp1 + Rp2 е сумата от съпротивленията на проводниците; или за симетричен мост (R1 = R2)

В този случай няма напрежение в измервателния диагонал и нулевото устройство показва нула.

Когато температурата Θ на обекта се промени, съпротивлението на RTC сензора се променя, балансът се нарушава и той трябва да бъде възстановен чрез преместване на плъзгача на плъзгащия проводник.

В този случай, заедно с плъзгача, стрелката ще се движи по скалата (пунктираните линии на фиг. 1.а означават механичната връзка между плъзгача и стрелката).

Показанията се правят само в моменти на равновесие, поради което такива вериги и устройства често се наричат ​​балансирани измервателни мостове.

Основният недостатък на измервателната верига, показана на фиг. 1.а, е наличието на грешка, причинена от съпротивлението на проводниците Rp, което може да варира в зависимост от температурата на околната среда.

Тази грешка може да бъде елиминирана чрез използване на трижилен метод за свързване на сензора (виж Фигура 1.б).

Същността му се крие във факта, че с помощта на третия проводник горният «с» на захранващия диагонал се премества директно към термичното съпротивление, а двата останали проводника Rп1 и Rп2 са в различни съседни рамена, т.е. състоянието на баланса на симетричен мост се трансформира, както следва:

По този начин, за да се елиминира напълно грешката, е достатъчно да се използват същите проводници (Rp1 = Rp2) при свързване на сензора към мостовата верига.

Автоматична система за контрол на температурата

За да се приложи режимът на автоматично измерване (фиг. 1б), е достатъчно да се свърже фазочувствителен усилвател (U) и реверсивен двигател (RD) с скоростна кутия към измервателния диагонал вместо нулево устройство.

В зависимост от характера на температурната промяна на обекта, рулижната пътека ще премести плъзгача RP в една или друга посока, докато се установи баланс. Напрежението в диагонала a-b ще изчезне и двигателят ще спре.

В допълнение, двигателят ще премести индикаторната стрелка и записващото устройство (PU), ако е необходимо да фиксирате показанията върху лентата с диаграми (DL). Графичната лента се движи с постоянна скорост от синхронен двигател (SM).

От гледна точка на теорията за автоматичното управление тази измервателна инсталация е система за автоматично управление (SAK) температура и принадлежи към класа на сервосистемите с отрицателна обратна връзка.

Функцията за обратна връзка се осъществява чрез механично свързване на вала на двигателя RD с рекорда Rp. Зададената точка е термодвойката TC. В този случай мостовата верига изпълнява две функции:

1. сравняващо устройство

2. преобразуващо устройство (ΔR в ΔU).

Напрежението ΔU е сигнал за грешка

Реверсивният двигател е изпълнителен елемент, а изходната стойност е движението на 1 стрелка (или единица за запис), тъй като целта на всеки SAC е да предоставя информация за контролираната стойност под форма, удобна за човешкото възприятие.

Реалната верига на измервателния мост KSM4 (фиг. 2) е малко по -сложна от тази, показана на фиг. 1.б.

Резистор R1 е рехорд — проводник с високо електрическо съпротивление, навит върху изолиран проводник. Подвижният двигател се плъзга по плъзгащия проводник и през медна шина, успоредна на плъзгащия проводник.

За да се намали влиянието на преходното контактно съпротивление на двигателя върху точността на измерването, две части от плъзгащия проводник, разделени от двигателя, са включени в различни рамена на моста.

Целта на останалите резистори:

• R2, R5, R6 — маневриране, за промяна на границите на измерване или обхвата на скалата,

• R3, R4 — за да зададете (изберете) температурата в началото на скалата,

• R7, R9, P10 — допълват мостовата верига;

• R15 — за регулиране на равенството на съпротивленията на проводниците Rп на различни рамена на моста,

• R8 — за ограничаване на тока на термистора;

• R60 — за ограничаване на входния ток на усилвателя.

Всички резистори са направени от манганинов проводник.

Мостът се захранва от променливо напрежение (6,3 V) от специална намотка на мрежовия трансформатор.

Усилвател (U) — фазочувствителен променлив ток.

Изпълнителният реверсивен двигател (RD) е двуфазен асинхронен двигател с вградена скоростна кутия.

Ориз. 2. Схема на устройството KSM4 в едноканален режим на измерване на температурата.