5.6 Література

1. Аналоговые электроизмерительные приборы: Уч. пособие для вузов /Е.Г.Бишард, Е.А.Киселева, Г.П.Лебедев и др. -II.: Высшая шк.", 1991. - 415 с

2. Поліщук Є. С. Методи та засоби вимірювань неелектричних величин. – Львів: Вид-во державного університету “ Львівська політехніка", 2000. – 359 с.

3. Измерение электрических и неэлектрических величин: Уч. пособие для вузов/ Н.Н.Евтихиев, Я.А.Купершмит , В.Ф.Папуловский и др. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 352 с.

4. Ефимов В.Г., Литвиненко И.И. Теплотехнические измерения и приборы химических производств, - К.: Вища шкл., 1974. - 192 с.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 6

(Тривалість - 2 год.)

РОЗРАХУНОК І ДОСЛІДЖЕННЯ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ВИМІРЮВАЛЬНОЇ СХЕМИ АВТОМАТИЧНОГО ПОТЕНЦІОМЕТРА

МЕТА РОБОТИ: Вивчити принцип роботи і методику розрахунку електричної вимірювальної схеми автоматичного потенціометра з метою вимірювання різних величин вихідних напруг первинних перетворювачів, здійснити градуювання шкали визначити клас точності і здійснити повірку автоматичного потенціометра.

6.1 Загальні відомості

Автоматичні електричні потенціометри використовуються для вимірювання, реєстрації, сигналізації і автоматичного регулювання технологічних параметрів, значення яких перетворюється датчиком в напругу постійного струму. Ці прилади працюють в комплекті із термопарами, радіаційними і фотоелектричними пірометрами, а також використовуються для вимірювання концентрації водневих іонів в розчинах по величині рН, тощо.

Суть компенсаційного методу вимірювання полягає у зрівноваженні (компенсації) вимірюваної е.р.с датчика відомим падінням напруги на опорі реохорда від постійного джерела струму. Найбільш широко автоматичні потенціометри використовуються для вимірювання температури за допомогою термопар. Термо ЕРС Е_Т термопари пропорційна різниці вимірюваної температури t_х і температури вільних кінців термопари t₀:

Де S_Т - чутливість термопари.

Рівняння шкали потенціометра являється таким [1]:

(6.1)

де l і l_п - відповідно фактичне лінійне переміщення повзунка реохорда і довжина реохорда; R_рп та I_р- відповідно повний опір реохорда і струм, що протікає по ньому. Джерелами похибок при вимірюванні температури за допомогою автоматичних потенціометрів можуть бути:

а) зміна температури вільних кінців термопари t₀; б) зміна коефіцієнта К_Т в результаті нестабільності струму I_р; в) зміна параметрів електричної вимірювальної схеми.

Мостова вимірювальна схема промислових автоматичних потенціометрів (рис. 6.1), що використовуються для вимірювання температури дозволяє прийняти ряд мір по забезпеченню умов мінімального впливу на точність вимірювання перерахованих вище факторів.

Термопара ТП приєднюється до вхідних зажимів приладу через фільтр який зменшує вплив наводок у з'єднювальних провідниках ( R_ф і С_ф -елементи фільтру). Мостова вимірювальна схема потенціометра включає резистори R₁, R₂, R₃, R_к і реохорд R_рп. Опір R_ш призначений для приведення опору реохорда до стандартного значення (90 Ом). Опір R_п, призначений для встановлення границь вимірювання термопари. Компенсаційна напруга U_к являється напругою розбалансу мостової схеми. В момент рівноваги (Е_Т =U_к) сигнал на вході підсилювача відсут­ній. При зміні температури змінюється термо ЕРС термопари Е_Т в результаті чого появляється сигнал розбалансу ΔU= Е_Т - U_к, який за допомогою модулятора М перетворюється в змінну напругу і підсилюється підсилювачем У~.

Вихідна напруга фазочутливого підсилювача У~ поступає на обмотку реверсивного двигуна Д, ротор якого в залежності від фази напруги обертається в ту чи іншу сторону переміщаючи разом і повзунок реохорда, і стрілку - показчик шкали до моменту, коли ΔU не стане рівним нулю.

Живлення вимірювальної схеми здійснюється від стабілізованого джерела живлення. Для провірки струму у вимірювальній схемі напруга на опорі їй періодично вимірюється за допомогою взірцевого потенціометра. Якщо I₂R₃≠E_N (E_N - ЕРС нормального елемента), то здійснюють підстройку за допомогою R_обм струму. Регулювання цього струму закінчується, коли I₂R₃≠E_N=1,019 В.

Рисунок 6.1 – Принципіальна електрична схема автоматичного потенціометра

Виключення впливу температури вільних кінців термопари здійснюється за допомогою термозалежного опору R_к, який рекомендується встановлювати недалеко він тильних кінців термопари і виготовляти із мідного дроту.

Вхідними даними при розрахунку вимірювальної схеми автоматичного потенціометра в комплекті із термопарами є: максимальне (t_max) і мінімальне (t_min) значення температури, струм I₁, I₂ у вітках вимірювальної схеми, напруга живлення U_живл. У відповідності із заданими границями вимірюваної температури вибирають тип термопари, по градуювальних таблицях якої знаходять E_Tmax, E_Tmin, що відповідають t_max і t_min.

Опір R_рп який являє собою приведений опір реохорда

(6.2)

вибирають рівним 90 Ом, 100 Ом, 300 Ом.

Опір R_ш залежить від опору конкретного реохорда і підбирають в процесі підгонки R’_рп.

Величина опору R_п визначається границею вимірювання потенціометра і може бути визначена наступним чином:

(6.3)

Звідки знаходимо, що

(6.4)

(6.5)

Величина опору R₁, який визначає початок шкали (повзунок реохорда в точці 1), знаходиться з рівняння

(6.6)

Опір R₃ призначений для періодичної повірки робочого струму схеми потенціометра і його визначають так:

(6.7)

Величину опору R₂ знаходять по величині верхньої границі вимірювання (повзунок реохорда знаходиться в точці 2,

(6.8)

Вибір величини термозалежного мідного опору R_к можна здійснити із умови компенсації похибки, обумовленої зміною температури вільних кінців термопари при незмінному значенні вимірювальної температури. Зміна падіння напруги на опорі R_к при коливаннях температури навколишнього середовища повинна компенсувати зміну термо ЕРС термопари, тобто повинна виконуватися умова (I₂=const)

(6.9)

Де R_k0 – значення опору R_k при t₀=0 ˚С, β_t – температурний коефіцієнт опору R_k, зміна температури вільних кінців термопари, зміна термо ЕРС при зміні температури вільних кінців термопари.

З (6.9) отримуємо

де S_T – середня чутливість термопари (визначається по градуювальних таблицях в границях зміни температури від 0 ˚С до 50 ˚С).

Температура + 30 °С приймається як середня температура навколишнього середовища. Значення R_к для цієї температури знаходять по формулі.

Величину обмежуючого опору R_обм вітці джерела живлення схеми визначають таким чином: