Автоматические потенциометры постоянного тока.

Рис. 1

Автоматические потенциометры постоянного тока применяются для измерения малых ЭДС и напряжений, а также неэлектриче­ских величин, функционально с ними связанных (температуры, давле­ния и т. п.). Основные соотношения статиче­ского режима. На рис, 1, а при­ведены упрощенная принципиальная и структурная схемы автоматиче­ской компенсации ЭДС.

В момент компенсации имеем: Е_х=U_к =I_р∙r_р; r_р= Е_х/I_р

где r_р — сопротивление реохорда в цепи компенсирующего напряжения U_к;

I_р –ток, протекающий через реохорд.

Линейное перемещение контакта реохорда (и указателя), соот­ветствующее сопротивлению r_р.

l=l_п*r_р/r_рп; где r_рп, l_п- полное сопротивление и длина реохорда.

Уравнение шкалы прибора определя­ется выражением l=lп/rрн∙Еx/Ip=k·Ex, k=lп/rрп∙Iр.

Автоматические потенциометры широко применяются для изме­рения температуры термоэлектрическим термометром. Термо-ЭДС термопары (для линейной характеристики) пропорциональна раз­ности измеряемой температуры t_x и температуры свободных концов термопары t₀: E_T=S_Т(t_x-t₀).

Для рабо­ты схемы в статическом режиме справедливы следующие соотно­шения: x=x_k; x_k=l*k_оп, где k_оп-коэффициент преобразования обратного преобразователя; l-перемещение регистрирующего органа (и указателя). После преобразований получим выражение l=x/k_оп.

Погрешности. Основными источниками погрешности измерения автоматиче­ских приборов с астатической характеристикой являются нестабильность к_оп и пороговая чувствительность звеньев (двигатель, обратный преобразователь). Дрейф нуля отдельных звеньев определяющего влияния на погрешность данных приборов не имеет. Изменения коэффициентов преобразования звеньев прямой цепи структурной схемы согласно не сказываются на показаниях прибора, т. е. непосредственно погрешности в измерения не вносят. С учетом погрешности звена регистрации γ_ру результирующая по­грешность прибора определяется суммой погрешностей: γ_ру=|γ_оп|+|γ_пч|+|γ_Др|+|γ_ру|

Погрешность, вносимую обратным преобразователем γ_оп можно получить из выражения: γ_оп =Δl/l=-Δkоп/kоп

Наибольшей зоной нечувствительности обладают двигатели. Для преодоления сил трения на двигатель необходимо подать напряже­ние трогания U_тр, достаточное для приведения двигателя в движение.

Известно, что U_тр=M_T/k_мд. Где М_Т — момент трения, приведенный к валу двигателя; k_мд—ко­эффициент пропорциональности между пусковым моментом и на­пряжением сигнала на обмотке управления.

Следует отметить, что зона нечувствительности двигателя составляет обычно 0,1—0,3% предела шкалы и в основном определя­ет класс точности прибора.

Автоматический компенсатор для измерения температуры.

В промышленности используются компенсаторы для измерения температуры, когда в качестве датчика используется термопара.

Типовая структура автоматического компенсатора содержит: источник противоЭДС, сигнал которого вычитается из ЭДС термопары, то есть при определенных структурах нет необходимости даже в источнике опорного напряжения.

Рис2.

ST – входное сопротивление ∞,

УПТ (усилитель постоянного тока- роль ФНЧ),

УМ-усилитель мощности.

В статическом режиме входное ЭДС равно напряжению компенсации. Значение компенсационного. напряжения можно вычислить как: Uk=l∙β1 ∙β2;

, где l-активная длина, L- длина реохорда.

В итоге перемещение указателя / Типовые классы 0.01;0.1;0.15;0.25;1

Для того чтобы попасть в заданную точность требуется обеспечить несколько условий

1. сопротивление реохорда и соответственно участка с которого снимается Uk должны быть высокостабильными;

2. должен быть высокостабилен ток компенсации (обычно при помощи термокомпенсационных транзисторных схем);

3. температура измеряемая и температура ХС, и их разность в процессе измерения должны быть постоянными, если меняется температура ХС то невозможно определить температуру ГС;

4. коэффициент передачи входного устройства постоянен.

Рис. 3

В установившемся режиме если входная ЭДС равна 0, движок потенциометра находится в крайнем левом положении т.А. Компенсирующее напряжение равно разности падений напряжений на резисторах R1,R2 и тоже равно 0. При увеличении разности температур (отдельно ХС и ГС) возникает термоЭДС которая прикладывается в рассечку выходной диагонали моста. Эта ЭДС прикладывается ко входу усилителя, усиленный сигнал управляет вращением двигателя который перемещает ползунок потенциометра Rpk до тех пор пока дополнительное падение напряжения на участке реохорда от т.A до ползунка не компенсирует развиваемую термопарой ТП1 ЭДС. Мост при этом балансируется, двигатель останавливается и можно производить отсчет по шкале прибора. Последовательно с ТП1 включается ТП2 горячий спай которого располагают непосредственно на резисторе R2. Резистор R2 выполняют достаточно массивным, для хорошей тепловой инерции. Фактически R2 это холодный спай ТП1. Поэтому ТП2 выступает в качестве компенсирующей термопары, которая отрабатывает изменение температуры холодного спая. Rш для расширения пределов измерения. Прибор КСП3 достаточно инерционен.