Porovnávacia metóda s mierou

V meracej technike sa na zlepšenie presnosti často používa metóda, ktorá je založená na porovnávaní hodnoty meranej veličiny s hodnotou veličiny reprodukovanej špeciálnou mierou. V tomto prípade sa meria rozdielny (diferenciálny) signál a keďže meranie má zvyčajne malú chybu, je zabezpečená vysoká presnosť merania.

Táto metóda je základom fungovania meracích mostíkov a potenciometrov.

Zvyčajne sa hodnota reprodukovaná mierou upraví a v procese merania sa jej hodnota nastaví presne na hodnotu nameranej hodnoty.

Pri meraní mostov sa ako taká miera používajú odpory - reochordy, pomocou ktorých sa vyrovnáva odpor tepelného prevodníka, ktorý sa mení pri zmene teploty objektu.

V meracích potenciometroch sa zvyčajne používa stabilný zdroj napätia s regulovaným výkonom. V priebehu meraní je pomocou napätia takéhoto zdroja kompenzované EMF generované snímačom. V tomto prípade sa táto metóda merania nazýva kompenzácia.

V oboch prípadoch je úlohou nasledujúcich zariadení (prístrojov) len registrovať skutočnosť rovnosti nameranej hodnoty a miery, preto sú požiadavky na ne výrazne znížené.

Stanovenie teploty meracími mostíkmi

Ako príklad zvážte princíp činnosti meracieho mostíka v manuálnom režime.

Obrázok 1a zobrazuje mostíkový obvod na meranie teploty Θ určitého objektu na riadenie OR (alebo meranie OI). Základom takéhoto obvodu je uzavretý obvod štyroch rezistorov RTC, Rp, Rl, R2, tvoriacich takzvané mostíkové ramená. Spojovacie body týchto rezistorov sa nazývajú vrcholy (a, b, c, d) a čiary spájajúce opačné vrcholy (a-b, c-d) sa nazývajú uhlopriečky mostíka. Jedna z uhlopriečok (c-d, obr. 1.a) je napájaná napájacím napätím, druhá (a-b) je meracia alebo výstupná. Takýto obvod sa nazýva mostík, ktorý dáva názov celému meraciemu zariadeniu.

RTC rezistor je primárny merací prevodník teploty (termistor) umiestnený v tesnej blízkosti meraného objektu (často v ňom) a pripojený k meraciemu obvodu pomocou vodičov dlhých až niekoľko metrov.

Hlavnou požiadavkou na takýto tepelný prevodník je lineárna závislosť jeho aktívneho odporu RTC od teploty v požadovanom rozsahu merania:

kde R0 je menovitý odpor tepelného meniča pri teplote Θ0 (zvyčajne Θ0 = 20 °C):

α — teplotný koeficient v závislosti od materiálu tepelného konvertora.

Najčastejšie používané kovové termistory TCM (meď) a TSP (platina) sa niekedy nazývajú kovové termistory (MTP).

Variabilný odpor Rp je vysoko presný reochord (meranie) diskutovaný vyššie a slúži na vyváženie premennej RTC. Rezistory R1 a R2 dopĺňajú mostíkový obvod. V prípade rovnosti ich odporov R1 = R2 sa mostíkový obvod nazýva symetrický.

Okrem toho obr. 1.a je znázornené nulové zariadenie (NP) na upevnenie vyváženia mostíka a šípka so stupnicou odstupňovanou v stupňoch Celzia.

Ryža. 1. Meranie teploty meracími mostíkmi: a) v manuálnom režime; b) v automatickom režime

Z elektrotechniky je známe, že podmienka rovnováhy (rovnováhy) mostíka sa realizuje vtedy, keď je súčin odporov protiľahlých ramien mostíka rovnaký, t.j. pri zohľadnení odporu vodičov, ktoré spájajú snímač:

kde Rp = Rp1 + Rp2 je súčet odporov drôtu; alebo pre symetrický mostík (R1 = R2)

V tomto prípade nie je v meracej uhlopriečke žiadne napätie a nulové zariadenie ukazuje nulu.

Pri zmene teploty Θ predmetu sa mení odpor RTC snímača, narúša sa rovnováha a treba ju obnoviť pohybom posúvača posuvného drôtu.

V tomto prípade sa bude šípka spolu s posúvačom pohybovať po stupnici (bodkované čiary na obr. 1.a označujú mechanické spojenie medzi posúvačom a šípkou).

Odčítania sa robia iba v momentoch rovnováhy, preto sa takéto obvody a zariadenia často nazývajú vyvážené meracie mostíky.

Hlavnou nevýhodou meracieho obvodu znázorneného na obr. 1.a, je prítomnosť chyby spôsobenej odporom vodičov Rp, ktorý sa môže meniť v závislosti od teploty okolia.

Túto chybu je možné odstrániť použitím trojvodičového spôsobu pripojenia snímača (pozri obrázok 1.b).

Jej podstata spočíva v tom, že pomocou tretieho vodiča sa horné «c» napájacej uhlopriečky posúva priamo na tepelný odpor a dva zvyšné vodiče Rп1 a Rп2 sú v rôznych susedných ramenách, t.j. rovnovážny stav symetrického mostíka sa transformuje takto:

Na úplné odstránenie chyby teda stačí použiť rovnaké vodiče (Rp1 = Rp2) pri pripojení snímača k obvodu mostíka.

Automatický systém regulácie teploty

Na realizáciu automatického režimu merania (obr. 1b) stačí namiesto nulového zariadenia pripojiť na meraciu uhlopriečku fázovo citlivý zosilňovač (U) a reverzibilný motor (RD) s prevodovkou.

V závislosti od povahy zmeny teploty objektu bude rolovacia dráha posúvať posúvač RP jedným alebo druhým smerom, kým sa nevyváži. Napätie na uhlopriečke a-b zmizne a motor sa zastaví.

Okrem toho motor v prípade potreby pohne ukazovateľom indikátora a zapisovačom (PU), aby zaznamenal údaje na pásik grafu (DL). Grafická lišta je poháňaná konštantnou rýchlosťou synchrónnym motorom (SM).

Z hľadiska teórie automatického riadenia je toto meracie zariadenie systémom automatického riadenia teploty (SAK) a patrí do triedy servosystémov s negatívnou spätnou väzbou.

Funkcia spätnej väzby sa vykonáva mechanickým pripojením hriadeľa motora RD k záznamu Rp. Nastavená hodnota je termočlánok TC. V tomto prípade mostový obvod vykonáva dve funkcie:

1. porovnávacie zariadenie

2.prevodník (ΔR na ΔU).

Napätie ΔU je chybový signál

Reverzný motor je výkonným prvkom a výstupnou hodnotou je pohyb 1 šípky (alebo záznamovej jednotky), pretože účelom každého SAC je poskytnúť informácie o regulovanej hodnote vo forme vhodnej pre ľudské vnímanie.

Vlastné zapojenie meracieho mostíka KSM4 (obr. 2) je o niečo komplikovanejšie ako na obr. 1.b.

Rezistor R1 je rechord — drôt s vysokým elektrickým odporom navinutý na izolovanom drôte. Pohyblivý motor sa posúva po klznom lanku a cez medenú zbernicu rovnobežnú s klzným lankom.

Aby sa znížil vplyv prechodového prechodového odporu motora na presnosť merania, dve časti posuvného drôtu, oddelené od motora, sú zahrnuté v rôznych ramenách mostíka.

Účel zostávajúcich rezistorov:

• R2, R5, R6 — manéver na zmenu meracích limitov alebo rozsahu stupnice,

• R3, R4 — na nastavenie (výber) teploty na začiatku stupnice,

• R7, R9, P10 – dokončite mostový okruh;

• R15 – na nastavenie rovnosti odporov drôtov Rп na rôznych ramenách mosta,

• R8 – na obmedzenie prúdu termistora;

• R60 — na obmedzenie vstupného prúdu zosilňovača.

Všetky odpory sú vyrobené z manganínového drôtu.

Most je napájaný striedavým napätím (6,3 V) zo špeciálneho vinutia sieťového transformátora.

Zosilňovač (U) — fázovo citlivý AC.

Výkonný reverzibilný motor (RD) je dvojfázový indukčný motor so vstavanou prevodovkou.

Ryža. 2. Schéma zariadenia KSM4 v režime jednokanálového merania teploty.