40.Измерительная мостовая схема (уравновешенная и неуравновешенная)

Уравновешенные мосты

В большинстве случаев в комплекте с термопреобразователями сопротивлений работают уравновешенные мосты постоянного или переменного тока. Упрощенная электрическая схема показана на рис. 3.2.

Мост состоит из двух постоянных сопротивлений и , реохорда R_P и сопротивления термометра . Сопротивления соединительных проводов прибавляются к сопротивлению . В одну диагональ моста включен источник питания, а в другую – нуль-прибор РА. При равновесии моста, которое достигается перемещением движка по реохорду R_p, ток в измерительной диагонали моста I₀ = 0. В этом случае потенциалы на вершинах моста b и d равны, ток от источника питания разветвляется в вершине моста a на две ветви I₁ и I₂, падение напряжения на резисторах R₁ и R₂ одинаково, т.е.:

(9)

Падения напряжений на плечах моста bc и dc также равны:

(10)

Разделив (4) на (5), получим:

(11)

Если I₀ = 0 то I₁ = I_p и I₂ = I_t. Тогда из уравнения (11), получим:

(12)

Уравнение (12) выражает условие равновесия моста: произведение сопротивлений противоположных плеч равны. Под R_p* понимается величина сопротивления незашунтированной части реохорда R_p.

Из (12) следует, что:

(13)

Если R₂ = R_l, получим:

(14)

П ри изменении сопротивления R_t, равновесие моста нарушается и его можно восстановить путём изменения величины сопротивления реохорда R_р*. При этом положение движка реохорда будет соответствовать измеряемой температуре и её определяют по шкале прибора Шк. Это справедливо, если колебания температуры среды, в которой расположены соединительные провода с сопротивлением 2R_np, не существенны. В тех случаях, когда изменения температуры в зоне соединительных проводов могут быть значительными и погрешность измерения может превысить допустимую величину, применяют трёхпроводную систему подключения ТС. В этой схеме (рис. 3.3) провод от источника питания отсоединяется от точки с моста и подключается к точке с', разделяя провода с сопротивлением R_np в смежные плечи. При таком соединении сопротивление одного провода прибавляется к терморезистору, а второго – к R_p.

Уравнение (7) примет вид:

(15)

или (при R₁ = R₂),

, (16)

т.е. изменение величины R_t под действием измеряемой температуры будет однозначно определяться изменением положения подвижного контакта реохорда.

41. Измерение влажности психрометрическим методом

Необходимость контроля влажности возникает во многих отраслях промышленности: при кондиционировании воздуха, в газосборниках, холодильниках и сушильных установках.

Содержание влаги в газе характеризуется его абсолютной и относительной влажностью.

Под абсолютной влажностью газа понимают массовое количество водяного пара, содержащегося в 1 м³ этого газа.

Относительная влажность  это отношение массы водяного пара в 1 м³ газовой смеси к массе 1 м³ насыщенного пара при той же температуре и давлении.

Измерение влажности газов обычно производится одним из трех методов: 1) психометрический; 2) по точке росы, заключающемся в определении температуры, при которой содержащийся в газе водяной пар достигает состояния насыщения при неизменном давлении и 3) поглотительным, основанным на поглощении гигроскопическим телом влаги из окружающего газа и изменении при этом физических свойств этого тела.

Из определения абсолютной влажности следует, что это плотность водяного пара _п находящегося в парогазовой смеси, т. е.

где P_п  парциальное давление водяных паров, Па; R_п  газовая постоянная водяного пара; Т  абсолютная температура влажного газа, °К.

Так как при температуре до 100°С максимально возможная масса водяного пара, заключающегося в 1 м³ газовой смеси, есть его плотность в насыщенном состоянии _{п н}, то относительная влажность газа равна

С достаточной для практики точностью отношение плотности можно заменить отношением парциальных давлений, т.е.

Наибольшее распространение получил психрометрический метод, основанный на зависимости интенсивности испарения влаги в окружающую газовую среду от влажности этой среды. Интенсивность испарения тем больше, чем суше испытуемая среда и наоборот  тем меньше, чем больше количество водяных паров содержит газовая среда. Так как процесс испарения влаги требует затраты определенного количества тепла (скрытой теплоты испарения), заимствуемого из влаги, то температура последней, а также соприкасающихся с ней тел понижается и притом тем значительней, чем интенсивнее идет испарение (чем суше окружающая среда).

Тело, с поверхности которого происходит испарение, принимает некоторую температуру, известную под названием температуры «мокрого» термометра; чем меньше влажность испытуемой газовой среды, тем ниже температура «мокрого» термометра и тем больше разность показаний «сухого» и «мокрого» термометров или психрометрическая разность. Приборы, построенные на этом принципе, называются психрометрами.

Измерение относительной влажности исследуемого газа сводится к измерению разности показаний двух одинаковых термометров, установленных рядом. Один из них постоянно смачивается водой, а другой остается сухим. Приравнивая расход тепла на испарение влаги с «мокрого» термометра и приток тепла, передаваемого последнему из газовой среды в момент равновесия между потерей и притоком тепла, можно вывести зависимость между относительной влажностью газа и психрометрической разностью. Эта зависимость выражается уравнением:

где  парциальное давление содержащегося в испытуемой среде водяного пара при температуре «сухого» термометра;  парциальное давление насыщенного водяного пара при температуре t_c «сухого» термометра;  парциальное давление насыщенного водяного пара, насыщающего испытуемую среду при температуре t_м «мокрого» термометра; t_c  температура «сухого» термометра; t_м  температура «мокрого» термометра; А  психрометрическая постоянная, зависящая от конструкции прибора, скорости обдувания влажного термометра исследуемым газом и давления газа.

Коэффициент А определяется по психрометрическим таблицам, составленным для определенных конструкций психрометров. При скоростях обдувания влажного термометра больше 2,5–3 м/с величина А практически остается постоянной. Зная температуру t_м «мокрого» термометра и t_c «сухого» термометра, по таблицам находят величины и и с учетом А вычисляют относительную влажность .

Автоматический психрометрический влагомер АВП-201

Влагомер АВП-201 предназначен для непрерывного контроля относительной влажности парогазовой смеси в замкнутых технологических объемах и помещениях.

Первичный преобразователь влагомера рассчитан для работы с измерительным прибором, разработанным на базе стандартного прибора типа КСМ-3 модификации 1300, снабженного контактным задатчиком для 2-х и 3-х позиционного регулирования с ручной установкой задания. Это позволяет использовать влагомер АВП-201 в системах автоматического регулирования.

Конструкция влагомера включает в себя три основных блока: первичный преобразователь, панель, измерительный прибор.

Первичный преобразователь (рис. 1) состоит из следующих узлов: чувствительных элементов температуры – терморезисторов 1 и 2, установленных в полости элемента 3, иглы 4 для подачи и распыления воды; штуцера подвода воды 5; змеевика 6, поддерживающего температуру воды, равной температуре измеряемой среды; эжектора  побудителя 7 расхода измеряемой воды; кронштейна 8 с отверстиями для крепления первичного преобразователя; платы 9 для соединения электрических цепей первичного преобразователя и измерительного прибора; защитного колпака 10 с отверстиями для поступления измеряемой парогазовой среды.

В основу работы влагомера положен психометрический метод измерения относительной влажности.

Чувствительный элемент влажности представляет собой полый термостойкий корпус, в котором установлены «сухой» R14 и «мокрый» R15 термочувствительные элементы  термисторы типа ММТ-4аТ, сопротивлением 1,8 кОм при 20°С (рис. 5.2).

Рис. 5.1. Первичный преобразователь

При подаче в эжектор 7 (рис. 5.1) сжатого воздуха давлением 0.08 ± 0.005 МПа происходит отбор измеряемой среды, а также воды из бака через змеевик 6 и иглу 4. В результате в полости чувствительного элемента влажности вокруг «мокрого» термометра 1 образуется водяной туман, смачивающий его поверхность.

Температура «мокрого» термистора является функцией влажности измеряемой среды. Изменения сопротивлений «мокрого» и «сухого» терморезисторов, пропорциональные относительной влажности и температуре измеряемой среды, отрабатываются электрической схемой измерительного прибора (рис. 5.2).

Рис. 5.2. Принципиальная электрическая схема

Электрическая схема прибора представляет собой равновесный мост переменного тока, в смежные плечи которого включены «мокрый» и «сухой» терморезисторы R14 и R15 соответственно.

При изменении влажности измеряемой среды изменяется сопротивление терморезистора R15 и нарушается равновесие измерительной схемы. В результате в диагонали моста появляется напряжение разбаланса, которое через уравновешивающую схему вызывает перемещение движка по реохорду к положению, обеспечивающему уравновешивание измерительной схемы. В момент равновесия измерительной схемы положение указателя на шкале определяет значение измеряемой величины.

При работе на 1-м поддиапазоне (2139) С в электрическую схему подключаются резисторы: R1, R3, R5, R7, R8, и R11. Переменным резистором R8 осуществляется настройка верхнего предела шкалы (100%), а нижний предел шкалы (10%) настраивается переменным сопротивлением R11.

При переключении на 2-ой поддиапазон (31,559) С в плечи моста включаются резисторы: R2, R4, R6, R10, R12. При этом резистором R10 производится настройка верхнего предела шкалы (100%), а резистором R12  нижнего предела шкалы (10%).

На мост подается напряжение переменного тока 6,3 В через резистор R13.