Контрольно-измерительные приборы и измерения

52

напряжения; У – усилитель; РД – реверсивный двигатель; ОУ – отчетное устройство; СД – синхронный двигатель.

Здесь термометр подключен к автоматическому мосту по трехпроводной схеме. При изменении температуры нарушается равновесие моста. В измерительной диагонали появляется напряжение, которое подается на усилитель и затем приводит в движение реверсивный двигатель РД. Электродвигатель перемещает каретку ОУ с расположенным на ней токосъемным движком реохорда Rp , указателем и пером до момента достижения равновесия моста.

Неуравновешенные мосты. В схеме неуравновешенного моста в диагональ вместо нуль - гальванометра включается миллиамперметр. Значение тока Iм в диагонали является мерой подсоединенного к мосту измеряемого сопротивления Rt. Неуравновешенные мосты относительно редко используются для измерения температур из-за невысокой точности измерения. Они широко применяются в различных газоанализаторах, где в качестве чувствительного элемента используются нагреваемые электрическим током металлические или полупроводниковые резисторы, в нормирующих преобразователях, работающих с термометрами сопротивления. В неуравновешенном мосте (рисунок 3.12) сопротивления трех плеч R1,R2,R3 - постоянны; Rб - реостат в диагонали питания, служит для поддержания постоянного значения напряжения на вершинах “а и b”, П - переключатель с помощью которого к четвертому плечу подключается термометр сопротивления Rt (в положении И) или контрольное сопротивление Rк (в положении К). Значение тока Iм, проходящего через миллиамперметр, определяется через выражение

где K= (R1,R2,R3,Rt).

Из (3.21) следует, что если напряжение в диагонали моста питания Uаb постоянно, то ток в измерительной диагонали “сd” линейно зависит от Rt. Для контроля значения Uав переключатель “П” из положения ”И” время от времени устанавливают в положение “К”. Если величина напряжения Uаb соответствует значению, принятому при градуировке прибора, т.е. ток Iм имеет вполне определенное значение, то стрелка миллиамперметра установится на контрольном значении шкалы, отмеченном цветной линией. В противном случае это достигается путем изменения сопротивления реостата Rб. Применение вместо батарей постоянного тока стабилизированных источников питания (ИПС) позволяет исключить необходимость контрольных процедур проверки постоянства напряжения питания моста.

В последнее время широкое распространение получили цифровые неуравновешенные мосты. На рисунке 3.12 приведена структурная схема цифрового неуравновешенного моста

54

Следовательно, дополнительным отличием логометра от милливольтметра является то, что здесь нет противодействующих повороту рамок пружин. Уравновешивание момента, действующего в одной из рамок происходит не механическим, а электрическим путем за счет изменения момента другой рамки. Для исключения погрешности измерения токоподводы рамок выполнены безмоментными, из тонкой золотой ленты или маломоментными - из бронзовой проволоки малого диаметра.

Изменение напряжения источника питания Б в определенных пределах не влияет на точность измерения, т.к. логометр измеряет отношение двух токов, генерируемых от общего источника.

Rt

Рисунок 3.13 – Схема магнитоэлектрического логометра

Рис . 3 .1 3 . Схема магнито эл ектр ич еско го л о гом етр а

Мостовая схема измерения сопротивления. Автоматический уравновешенный мост. Принципиальная электрическая схема. Неуравновешенный мост. Принципиальная электрическая схема. Двухтрех проводная схема измерения термосопротивления. Логометры. Принцип действия. Схема измерения. Погрешность измерения.

55

Тема 3.3. Цифровые мосты. Потенциометрические аналоговые регистраторы

На рисунке 3.14 приведена принципиальная схема автоматического уравновешенного моста типа РП-160, работа которой основана на потенциометрическом методе измерения сопротивления (четырехпроводная схема подключения)

Рисунок 3.14 – Принципиальная схема автоматического уравновешенного моста типа РП-160: Rt – термометр сопротивление; ВхУ – входной усилитель;

СУ – суммирующее устройство; СУД – система управления двигателем; ШД – шаговый двигатель; СД – синхронный двигатель; Rp – реохорд.

В основу работы данного прибора положен потенциометрический метод измерения термосопротивления. Здесь термометр сопротивления подключен по четырехпроводной схеме. По двум проводам подводится стабилизированный ток, по двум другим снимается напряжение Uвх с Rt. Зная значения стабилизированного тока I и измерение падания напряжения Uвх , тем самым определяется Rt. В остальном работа данной схемы совпадает с работой схемы, приведенной на рисунке 3.6.

56

Рисунок 3.15 – Структурная схема цифрового неуравновешенного моста:

Rt – термометр сопротивление; НМ – неуравновешенный мост; ИСТ – источник стабилизированного тока; У – входной усилитель; АЦП – аналого-цифровой преобразователь; МП – микропроцессор; ПЗУ – постоянное запоминающее устройство; ЖКИ – жидкокристаллический индикатор; БУТС – блок формирования унифицированного токового сигнала (0 – 5 мА, 4 – 20 мА);

RS – протокол цифрового выхода (RS – 232; RS – 485)

Термометр сопротивления подключен к одному из плеч неуравновешенного моста по трехпроводной схеме, которая питается от источника стабилизированного тока. На выходе моста формируется напряжение разбаланса на усилитель. В остальном принцип работы цифрового моста совпадает с работой цифрового милливольтметра.

Раздел IV. ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ, РАЗНОСТИ ДАВЛЕНИЙ, РАСХОДА И УРОВНЯ ЖИДКОСТЕЙ

Тема 4.1. Измерение давления и разности давлений

Большое число средств измерения давления и разности давлений, различных по принципу действия, устройству, назначению и точности вызвано необходимостью измерения этого параметра в различных отраслях народного хозяйства.

Приборы, измеряющие давление и разрежение подразделяются на следующие основные группы:

 манометры, измеряющие избыточное давление (газа, пара, жидкости) более атмосферного;

57

вакуумметры, измеряющие давление менее атмосферного;

мановакуумметры, измеряющие давление менее атмосферного и избыточное;

тягомеры, напоромеры и тягонапоромеры, измеряющие небольшие разряжения и давления;

дифференциальные манометры, измеряющие перепад или разность давлений.

По назначению приборы измерения давления и разряжения

подразделяют на рабочие, контрольные и образцовые.

По виду чувствительного элемента их можно разделить на:

жидкостные, в которых измеряемое давление или разряжение уравновешивается высотой столба жидкости;

приборы с упругими чувствительными элементами: а) мембранные, в

которых измеряемое давление или разряжение уравновешивается силой упругой деформации мембраны; б) пружинные и сильфонные, в которых измеряемое давление или разряжение уравновешивается упругой деформацией пружины или сильфона;

тензопреобразовательные, в которых измеряемый параметр деформирует пластину монокристаллического сапфира с кремниевыми пленочными тензорезисторами, что в свою очередь изменяет электрическое сопротивление последних.

Более ограниченное применение имеют приборы измерения давления: электрические (емкостные, пьезоэлектрические сопротивления); ионизационные (электронные, магнитные электроразрядные, радиоизотопные); термокондуктометрические (терморезисторные, термоэлектрические) и другие.

По исполнению приборы давления и разряжения делятся на:

шкальные - показывающие, самопишущие;

бесшкальные - сигнализирующие и преобразующие.

Сигнализирующие приборы, в состав которых входят реле, принято называть датчиками - реле давления (напора, тяги).

Приборы, преобразующие давление (разряжение) в выходной сигнал, называют преобразователями измерительными или просто преобразователями давления. В зависимости от выходного сигнала они делятся на электрические и пневматические.

В соответствии с международной системой СИ за единицу измерения давления принят паскаль - Па, который равен давлению, создаваемому силой в один ньютон (Н), на площадь 1 м2. На ТЭС находятся в эксплуатации приборы отградуированные в кгс/см2, кгс/м2, мм.рт.ст., мм.в.ст. В таблице 4.1 приведены соотношения между этими единицами.

58

Таблица 4.1. Соотношения между единицами давления

Кроме того, с импортируемым оборудованием поступают приборы, отградуированные в фунтах на квадратный дюйм - (psi) и в фунтах на квадратный фут - (psf). При переводе в паскаль необходимо использовать следующие соотношения:

1psi=6896.38 Па;

1psf=47.837 Па.

На рисунке 4.1 представлена диаграмма диапазона давлений (в Па), охватываемая существующими средствами измерений давлений.

Жидкостные приборы. Приборы этого типа благодаря своей простоте, дешевизне и относительно высокой точности измерения достаточно широко используются при исследовательских и наладочных работах, в лабораторной практике. В качестве рабочей уравновешивающей жидкости обычно применяют дистиллированную воду, ртуть, масло, спирт.

Простейшим прибором для измерения давления, разряжения (вакуума) или разности давлений является стеклянный U - образный (двухтрубный) жидкостной манометр (рисунок 4.2). Он состоит из U - образной стеклянной трубки, заполненной примерно до половины своей высоты рабочей жидкостью, и шкалы, позволяющей производить отсчет уровней в обоих коленах.