2.2 Измерительные автоматические приборы параметрических преобразователей

Для определения параметров процесса по измерению омического сопротивления, создаваемого преобразователем, в качестве измерительных приборов применяются автоматические уравновешенные мосты и магнитоэлектрические логометры.

Автоматический мост. Принципиальная схема моста (рисунок 47) состоит из четырех сопротивлений . Сопротивление является переменным, оно изменяется пропорционально измеряемой величине.

Для уравновешивания моста в его схему включен реохорд , движок которого связан с реверсивным двигателем . В диагональ питания включен источник питания , в измерительную диагональ – электронный усилитель . Под действием изменения измеряемой величины изменяется сопротивление , при этом нарушается равновесие моста и на выход усилителя подается напряжение разбаланса; знак напряжения зависит от того, увеличилось или уменьшилось сопротивление .

Рисунок 47 – Схема автоматического моста

В результате включается реверсивный двигатель и перемещает движок реохорда до тех пор, пока не наступит равновесие моста. Так как каждому значению измеряемой величины соответствует определенное значение сопротивления плеча , то положение движка реохорда при уравновешивании моста всегда будет соответствовать определенному значению измеряемой величины. Шкала моста градуируется в единицах измеряемой величины.

В схему уравновешенного моста входят: сопротивление , служащее для подгонки , сопротивление , для подгонки предела измерения моста, для подгонки сопротивлений соединительных проводов датчика.

На величину сопротивления соединительных проводов влияет температура окружающей среды, что приводит к погрешностям при измерениях. Для исключения влияния применяют трехпроводную схему подключения датчика. Применение третьего соединительного провода перемещает одну из вершин моста непосредственно в головку датчика, в результате чего один провод линии оказывается включенным в одно плечо моста, а другой – в другое, смежное плечо. Оба провода имеют одинаковую длину и прокладываются рядом, поэтому их сопротивления и температурные изменения одинаковы и не вызовут нарушения равновесия моста.

Логометр – прибор магнитоэлектрической системы (рисунок 48). Действие его основано на взаимодействии неравномерного магнитного поля неподвижного постоянного магнита и магнитных полей, образованный токами, протекающими в двух скрещенных под углом и жестко связанных между собой подвижных рамках.

Рисунок 48

Рассмотрим схему логометра. Между полюсными наконечниками постоянного магнита расположен стальной цилиндрический сердечник, который образует с ними переменный воздушный зазор, увеличивающийся от середины наконечников к их краям.

Благодаря этому магнитная индукция уменьшается от середины к краям. В зазорах перемещаются одинаковые скрещенные рамки и , жестко скрепленные между собой и со стрелкой прибора.

Измерительная схема логометра состоит из параллельных цепей, получающих питание от одного источника.

В одну цепь включена рамка и постоянное сопротивление , в другую – рамка , измеряемое сопротивление . Через рамки и , протекают токи и образующие свои магнитные поля, которые, взаимодействуют с полем постоянного магнита, создают вращающие моменты и , направленные навстречу друг другу.

Величина момента каждой рамки зависит от напряженности магнитного поля и от силы тока, проходящего по рамке:

; ,

где и – моменты, развиваемые рамками;

и – напряженность магнитного поля рамки;

и – токи в рамках;

и – коэффициенты пропорциональности.

Если сопротивление равно сопротивлению резистора , то точки, проходящие по обеим рамкам, одинаковы. Момент равен моменту и рамки находятся в равновесии.

При увеличении температуры измеряемой среды, сопротивление термометра сопротивления увеличится, и сила тока в цепи рамочки с терморезистором уменьшится. Это приведет к уменьшению момента и сердечник начнет поворачиваться и стрелка логометра пойдет по шкале.

Рамка, в цепи которой стоит резистор , при повороте сердечника начнет выходить из зоны сильного магнитного поля в зону ослабленного поля, а рамка, в цепи которой находится термометр сопротивления, наоборот, будет входить во все более усиливающееся поле.

Вследствие изменения напряженности поля момент уменьшается, а момент – увеличивается. Когда момент станет равным моменту , сердечник остановится.

Каждому положению рамки соответствует своя напряженность магнитного поля в зазоре сердечника, поэтому угол поворота сердечника пропорционален изменению сопротивления термометра или температуре измеряемой среды.