14.5.4 Нормирующие преобразователи термоЭдс

Для введения информации от ТЭП в ЭВМ или в систему автоматического регулирования широко применяются нормирующие измерительные токовые преобразователи. Они предназначены для преобразования сигнала ТЭП в унифицированный сигнал постоянного тока 0 - 5 мА.

В основу работы нормирующего преобразователя положен компенсационный метод измерения термоЭДС с использованием схемы потенциометра с переменной силой рабочего тока. Схема преобразователя приведена на рисунке 14.142 Здесь / — контур измерения; // — контур компенсации. Контур / содержит корректирующий мост К.М, усилитель У₁ с токовым выходом I_ВЫХ и резистор R_КН. К контуру / с помощью удлинительных проводов F и D подсоединен ТЭП AВ. Корректирующий мост предназначен для введения автоматической поправки на изменение температуры свободного конца ТЭП, а также компенсации начальной термоЭДС в преобразователях, нижний предел измерения которых не равен 0 °С. К диагонали аb питания моста подведено стабилизированное напряжение постоянного тока. Резисторы R₁, R₂ и R₃ —манганиновые, резистор R_M — из медного провода. Усилитель У₁ состоит из двух каскадов: магнитного УМ, выполненного по двухтактной двухполупериодной схеме, и полупроводникового усилителя УП, работающего в режиме усиления постоянного тока. Усилитель У₁ выполняет функции нуль-индикатора.

Контур компенсации II включает в себя резистор R_KH и усилитель обратной связи У₂. Этот усилитель аналогичен усилителю У₁, но включен с глубокой отрицательной связью по выходному току усилителя. Выходной ток I_OC усилителя У₂ является рабочим током контура // и при прохождении этого тока по сопротивлению R_KH на нем со стороны контура // создается компенсирующее напряжение . Со стороны контура / к резистору R_ab подводится сигнал термоэлектропреобразователя , сложенный с напряжением U_cd, создаваемым в измерительной диагонали сd корректирующего моста КМ. Это напряжение, как указывалось, равно поправке на температуру свободных концов ТЭП, т. е. Таким образом, этот суммарный сигнал, равный сравнивается с напряжением U_KH. Небаланс, равный подается на усилитель У₁, где этот сигнал постоянного тока преобразуется сперва в магнитном усилителе УМ в сигнал переменного тока, затем усиливается и опять преобразуется в сигнал постоянного тока, который дополнительно усиливается в полупроводниковом усилителе УП постоянного тока. Выходной сигнал усилителя У₁ создает ток I_ВЫХ, который поступает во внешнюю цепь R_ВН и далее через делитель — в усилитель обратной связи У₂. Выходной ток I_OC усилителя У₂ изменяется и изменяет падение напряжения U_KH на резисторе R_KH до тех пор, пока небаланс не достигнет некоторой малой величины , называемой статической ошибкой компенсации.

Рисунок 14.142 - Схема нормирующего токового преобразователя, работающего в комплекте с термоэлектрическим преобразователем

Наличие статической ошибки компенсации приводит к тому, что в контуре измерения / проходит недокомпенсированный ток. При этом чем больше измеряемая термоЭДС, 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_OC определяются наличием этой ошибки и пропорциональны ей. В то же время статическая ошибка автоксмпенсационной схемы может быть значительно уменьшена, если использовать усилитель с большим коэффициентом усиления.

Рассмотрим теперь математическую связь между измеряемой термоЭДС и выходным током преобразователя I_ВЫХ. В соответствии со сказанным выше, связь показывается равенством (14.89) /8/

(14.89)

На выходах усилителей У₁ и У₂ формируются сигналы, для которых справедливы равенства (14.90), (14.91) /8/

(14.90)

(14.91)

где k₁ и k₂ — коэффициенты усиления усилителей У₁ и У₂; —ток, создаваемый во входной цепи усилителя сигналом ;

R_BX — сопротивление входной цепи усилителя У₁.

Падение напряжения (14.92) на резисторе R_KH с учетом (14.91) соста­вит /8/

(14.92)

Подставляя в выражение (14.89) из (14.90) и U_KH из (14.92), находим I_вых по формуле (14.93) /8/

(14.93)

где - коэффициент преобразования нормирующего преобразователя (при ).

Таким образом, выходной токовый сигнал нормирующего преобразователя пропорционален откорректированному по температуре свободного спая сигналу ТЭП.

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