Автоматические потенциометры

Автоматические потенциометры, так же как и пирометрические милливольтметры, предназначены для измерения температуры в комплекте с термоэлектрическими преобразователями.

Принцип действия автоматического потенциометра не отличается от принципа действия потенциометра с ручным уравновешиванием. Однако сама схема отличается довольно существенно.

В автоматических потенциометрах отсутствует необходимость в ручных манипуляциях с переменным сопротивлением, питание измерительной схемы осуществляется от стабилизированного источника питания, автоматически вводится поправка на температуру свободных концов и др. Все это должно отразиться в схеме.

На рисунке 34 представлена упрощенная схема автоматического потенциометра. Она состоит из мостовой измерительной схемы, включающей в себя переменное сопротивление реохорда R_р, электронного усилителя У, реверсивного электродвигателя Д. На диагональ c - d подается постоянное напряжение от стабилизированного источника питания (на схеме не показан). Термопара подключена к прибору компенсационными проводами.

Рис. 34. Упрощенная схема автоматического потенциометра.

Работа осуществляется следующим образом. ЭДС термопары уравновешивается встречным напряжением (разностью потенциалов), возникающим на диагонали ab. Это уравновешиванием происходит автоматически. Если U_ab , то на вход усилителя поступает сигнал рассогласования , который затем преобразуется из постоянного тока в переменный и усиливается по напряжению и мощности. Результирующий выходной сигнал усилителя поступает на двигатель Д, который через кинематическую зубчатую передачу перемещает движок реохорда R_р таким образом, что начнет уменьшаться. Как только сигнал рассогласования станет равным нулю (а это будет, когда = ), выходной сигнал усилителя еже не будет вызывать вращения двигателя Д и движок реохорда остановится.

Вместе с перемещением движка по реохорду одновременно перемещается стрелка прибора.

Резисторы R_k и R_с в паре образуют цепь автоматического введения поправки на температуру свободных концов. Резистор R_к изготовлен из медной проволоки и расположен вблизи зажимов для присоединения компенсационных проводов. Поэтому его температура равна температуре свободных концов термопары.

Резистор R_с выполнен из манганина, и его сопротивление от температуры практически не зависит. Соотношение величин сопротивлений R_к и R_с выбрано таким, что изменение термо – ЭДС при изменении температуры свободных концов компенсируется таким же изменением напряжения на диагонали ab.

2.4.10 Погрешности контактных методов измерения температуры и способы борьбы с ними

Погрешности контактных методов измерения стационарных температур, помимо чисто приборных, возникают за счет теплообмена между теплоприемником (термометром или его чувствительным элементом) и окружающей средой. Проще говоря, температура термоприемника должна в идеале равняться температуре измеряемой среды. Но этого не происходит, т.к. термометр контактирует не только с измеряемой средой, но и с окружающей средой. А при измерении температур высокоскоростных потоков может проявляться нагрев газов и термоприемника за счет трения набегающего потока. Поэтому надо создавать такие условия, чтобы термоприемник принимал температуру возможно более близкую к температуре измеряемой среды, и чтобы сам термоприемник возможно меньше искажал температурное поле измеряемой среды.

Один из способов уменьшения теплообмена - увеличение длины термометра и уменьшения его поперечного сечения (Это способствует росту теплового сопротивления через тело термометра). При установке в трубопроводы (поскольку диаметры трубопроводов ограничены), часто увеличивают длину термометра, устанавливая его в колено трубопровода, как показано на рисунке 35.

Теплообмен излучением можно уменьшить, выполнив поверхность термоприемника полированной, зеркальной. Однако в реальных условиях эта поверхность быстро окисляется.

Еще один способ – приближение температуры стенки трубы к температуре измеряемой среды. Этого добиваются тепловой изоляцией трубопровода (хотя бы в месте установки термометра) или постановкой различных экранов.

При измерении температуры высокоскоростных потоков стремятся использовать термоприемники такой формы, у которых так называемый «коэффициент восстановления температуры» близок к единице. Проще говоря, их геометрические характеристики должны обеспечивать максимальную обтекаемость и достаточную теплоотдачу лишнего (выделившегося) тепла в измеряемую среду (чтобы сам термоприемник меньше грелся).

Использование контактных методов для измерения нестационарных температур связано с необходимостью учета температурной инерции термометров.

Под температурной инерцией любого тела или системы понимают их свойство менять свою температуру не мгновенно, а по истечении некоторого времени.

НОРМИРУЮЩИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

Нормирующие преобразователи предназначены для преобразования естественных сигналов от преобразователей температур (термопар, термометров сопротивления)в унифицированный токовый сигнал.

0...5; 0...20; 4...20 мА (0...10В)

Преобразование может осуществляться либо в отдельном приборе - нормирующем преобразователе, либо в устройств унификации, расположенном непосредственно в головке термопреобразователя. такие преобразователи называются термопреобразователями с унифицированным выходным сигналом. В их обозначении обычно присутствует буква У. Например: ТСМУ, ТХАУ.

Диапазон преобразования нормирующих преобразователей называется то температурный диапазон. в пределах которого выходной ток (или напряжение) устанавливается в нормированном диапазоне. например, преобразователь с диапазоном - 50...50 С и с диапазоном выходного тока 4...20 мА должен иметь выходной ток 4 мА при измеряемой температуре -50 С и 20 мА при температуре 50 С.

Зависимость выходного сигнала от входного - линейная, то есть коэффициент преобразования преобразователя постоянный. не зависящий от измеряемой величины. Для обеспечения этого требования в электронной технике применяются обратные связи.

Преобразователь имеет неуравновешенный измерительный мост, в одно из плеч которого по трехпроводной схеме включен термометр сопротивления ТС. Мост питается стабилизированным напряжением. С помощью корректора нуля R3 мост уравновешивается на нижнем пределе измерения. при этом его выходное напряжение Uим равно нулю. При увеличении измеряемой температуры сопротивление Rt увеличивается, мост выходит из равновесия, и на выходе моста появляется отличное от нуля измеряемое напряжение Uим. Чем выше измеряемая температура, тем больше сопротивление Rt? тем больше разбаланс моста и тем больше напряжение Uим, поступающее на входной усилитель УСвх. Его выходное напряжение изменяется в пределах 0...1 В, независимо от пределов измерения (напряжение равно нулю на нижнем пределе измерения, и равно 1 В на верхнем пределе.

Следующей ступенью является устройство гальванического разделения входных и выходных цепей УГР (это повышает помехозащищенность преобразователя), Ф - фильтр,обеспечивающий подавление помех переменного напряжения. К его выходу подключен выходной усилитель Uвых, обеспечивающий преобразование выходного сигнала в унифицированный выходной сигнал тока или напряжения.

ЦИФРОВЫЕ СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ.

Цифровые средства измерений - это средства измерений, принцип действия которых основан на квантовании измеряемой или пропорциональной ей величины.

Сигнал - это физический процесс (или явление), несущий информацию о состоянии какого либо объекта наблюдения.

Вторичные цифровые приборы могут быть показывающими и регистрирующими. Они могут выполнять дополнительные функции по сигнализации отклонений измеряемой величины, ее регулированию, преобразованию в токовый или цифровой сигнал.

Устройства, преобразующие аналоговый сигнал в импульсный (цифровой), называются аналого-цифровыми преобразователями (АЦП).

Устройства, преобразующие цифровой сигнал в аналоговый, называются цифроаналоговыми преобразователями (АЦП).

при переходе от аналогового сигнала к цифровому осуществляются три специфических преобразования:

Квантование по уровню амплитуд;

Дискретизация по времени;

Кодирование (оцифровка)

Такое представление сигнала называется аналогово-цифровым преобразованием.

.

Существуют многоканальные преобразователи, которые могут осуществлять циклический контроль температуры в нескольких точках. Такие преобразователи содержат еще блок коммутации. В этом случае первичные преобразователи (термопары, термосопротивления) подключаются к блоку коммутации.

В качестве примера подобных средств измерений приведем промышленные приборы нового поколения и регулирования температуры - терморегуляторы серии "Термодат".

Наиболее распространенные области применения терморегуляторов "Термодат" - печи, термопластавтоматы, литейные машины, червячные пресса, нефтехимическое оборудование, системы отопления и др.

Терморегуляторы "Термодат" имеют универсальный вход, что позволяет использовать термосопротивления (ТСМ,ТСП), термопары (ХК, ХА ,ПП, ЖК, ПП, ПР, НН, ВР) любого отечественного и иностранного производителя, подключать ко входу прибора пирометры, а также любые другие датчики с унифицированным сигналом напряжения (-2...+6 мВ) или тока ()...20мА). Для управления нагревателями и другими исполнительными устройствами в приборах "Термодат" в качестве выходных устройств используются электромагнитные реле, транзисторные выходы (для управления внешними силовыми устройствами), выходы для непосредственного включения симисторов или аналоговые выходы, дающие стандартный аналоговый сигнал.

Терморегуляторы "Термодат" представлены широким рядом моделей,отличающихся количеством каналов,степенью сложности и набором выполняемых функций, приборы могут быть снабжены интерфейсом для связи с компьютером и архивной памятью для записи графика температуры.

Приборы "Термодат" по конструктивному исполнению можно разделить на две группы:

С малым количеством входных каналов (от 1 до 5);

С большим количеством каналов (от 6 до 10).

Многоканальные приборы состоят из двух блоков - блока индикации и основного блока. Оба блока содержат собственный микропроцессор, связь между основным блоком и блоком индикации - цифровая четырехпроводная.

Оба блока могут быть расположены в одном шкафу, но могут быть разнесены на значительное (до 200 м) расстояние.

основной блок представляет собой законченный регулятор, который после задания установок может работать в автономном режиме без блока индексации. Термодатчики и выходные провода подсоединяются непосредственно к винтовым клемным колодкам, установленным на печатных платах основного блока.

Блок индикации предназначен для отображения информации, ввода уставок и параметров.

.