Слайд 23. Преобразователь термо-э.Д.С. В унифицированный токовый сигнал

В основу работы нормирующего преобразователя термо-э.д.с. положен компенсационный метод измерения термо-э.д.с. с использованием схемы потенциометра с переменной силой рабочего тока. Схема состоит из двух контуров: измерительного контура I и компенсационного контура II. Контур I содержит корректирующий мост КМ, усилитель У₁ с токовым выходом I_вых и резистор R_кн. К контуру I подсоединена термопара AB. Корректирующий мост предназначен для введения автоматической поправки на изменение температуры свободного конца термопары, а также компенсации начальной термо-э.д.с. в преобразователях, нижний предел измерения которых не равен 0 ⁰С. К диагонали ab питания моста подведено стабилизированное напряжение постоянного тока. Резисторы R₁, R₂ и R₃ - манганиновые, резистор R_м – из медного провода. Усилитель У₁ выполняет функции нуль - индикатора. Контур компенсации II включает в себя резистор R_кн и усилитель обратной связи У₂. Этот усилитель аналогичен усилителю У₁, но включен с глубокой отрицательной связью по выходному току усилителя. Выходной ток I_ос усилителя У₂ является рабочим током контура II; при прохождении этого тока по сопротивлению R_кн на нем со стороны контура II создается компенсирующее напряжение U_кн=I_осR_кн.

Термо-э.д.с., развиваемая термопарой, равна , где θ и – температуры горячего и холодного концов термопары. Напряжение, снимаемое с измерительной диагонали КМ, равно термо-э.д.с., развиваемой термопарой при температуре окружающей среды: . Таким образом, на один вход усилителя У₁ поступает суммарный сигнал, соответствующий значению термо-э.д.с., приведенному к 0 ⁰С, и равный

,

а на второй вход - напряжение U_кн. За счет усиленного сигнала небаланса, равного ∆U = Е_АВ(θ, θ₀) − U_кн, на выходе усилителя У₁ создается ток I_вых, который поступает во внешнюю цепь R_вн и далее в усилитель обратной связи У₂. Выходной ток I_ос этого усилителя, создающий падение напряжения U_кн на резисторе R_кн, будет изменяться до тех пор , пока небаланс ∆U не достигнет некоторой малой величины δU, называемой статической ошибкой компенсации. Наличие этой ошибки приводит к тому, что в контуре измерения I проходит нескомпенсированный ток (чем больше измеряемая термо-э.д.с., тем больше этот ток).

Исключить эту ошибку в устройствах, выполненных по статической автокомпенсационной схеме, принципиально невозможно, так как выходной ток преобразователя I_вых и ток контура компенсации I_ос определяются наличием этой ошибки и пропорциональны ей. В то же время статическая ошибка автокомпенсационной схемы может быть значительно уменьшена, если использовать усилитель с большим коэффициентом усиления.

Измеряемая термо-э.д.с. E_AB(θ, θ₀) связана с выходным током преобразователя I_вых следующим образом. Как уже отмечалось, напряжение небаланса на входе У₁

.

На выходах усилителей У₁ и У₂ формируются сигналы

где k₁ и k₂ – коэффициенты усиления усилителей У₁ и У₂; I_вх = ∆U/R_вх – ток, создаваемый во входной цепи усилителя У₁ сигналом ∆U; R_вх – сопротивление входной цепи усилителя У₁. Падение напряжения на резисторе R_кн составит

Выходной ток можно найти как

где - коэффициент преобразования нормирующего преобразователя; при k₁ → ∞, k = 1/(k₂R_кн). Таким образом, выходной токовый сигнал нормирующего преобразователя пропорционален скорректированному по температуре холодного конца сигналу термопары.

В зависимости от диапазона входного сигнала нормирующие преобразователи, работающие в комплекте с термопарой, имеют классы точности 0,6 - 1,5.