1.5. Методы измерений и измерительные схемы

1.5.1. Понятие о методах измерения

В автоматических системах измерения физических величин датчики включаются в измерительные схемы. Это позволяет увеличить чувствительность и точность измерений и уменьшить погрешность измерения от влияния внешней среды.

В основе разработки измерительных схем лежат методы измерений, которые делятся на метод непосредственной оценки (прямой метод) и методы сравнения.

Прямой метод применяется при непосредственной оценке физической величины одним прибором, шкала которого проградуирована в соответствующих единицах.

В методах сравнения измеряемая величина сравнивается с мерой. В измерительных схемах автоматических приборов наибольшее применение, из методов сравнения, нашли нулевой и дифференциальный метод.

Нулевой метод – это метод сравнения измеряемой величины с мерой (известной), при котором их совместное воздействие на индикатор доводится до нуля. При достижении равновесия наблюдается исчезновение тока или напряжения на нуль-индикаторе (нуль-приборе). В этот момент производится отсчет физической величины.

При дифференциальном методе, так же как и при нулевом, измеряемая величина сравнивается с мерой, а о значении измеряемой величины судят по разности этих величин. В дифференциальном методе происходит неполное уравновешивание измеряемой величины мерой, и в этом заключается отличие этого метода от нулевого.

При автоматическом контроле физических величин наибольшее распространение нашли измерительные схемы: мостовая, компенсационная и дифференциальная.

1.5.2. Мостовые измерительные схемы

Уравновешенный мост. Рассмотрим схему уравновешенного моста (рис. 1.21), предназначенного для измерения температуры среды.

Работа уравновешенного моста основана на нулевом методе измерений, т.е. в момент снятия отсчета температуры по шкале мост должен находиться в равновесии и стрелка миллиамперметра (нуль-прибора) установлена в положение 0. Это произойдет при условии

, откуда . (1.14)

Рис. 1.21. Принципиальная схема уравновешенного моста:

Е – э.д.с. источника питания; – сопротивление датчика темпе- ратуры (термосопротивления);mA– миллиамперметр с нулем по середине шкалы; 1, 2, 3 – соединительные провода; П – переключатель

Из (1.14) следует, что при постоянных значениях иизменение сопротивления, при изменении температуры среды, можно компенсировать изменением сопротивления.

Таким образом, измерение температуры сводится к измерению сопротивления в тот момент, когда стрелка миллиамперметра установлена на нуль. Шкала переменного сопротивленияможет быть проградуирована по температуре.

Резистор может включаться в схему моста по двух или трехпроводной схеме. Если переключатель П установлен в положение 4, то соединительные провода 1 и 2 включены в одно плечо СВ моста. Изменение температуры окружающей среды может в значительной степени изменять сопротивления соединительных проводов 1 и 2, и тем самым увеличивать температурную погрешность прибора. При установке переключателя в положение 5 резисторвключается по трехпроводной схеме. В этом случае вершина В диагонали АВ переносится в точку В ^/ и соединительные провода 1 и 2 включены в разные плечи моста, а именно в плечо СВ ^/ и ДВ ^/, что снижает температурную погрешность прибора.

В схеме уравновешенного моста колебания напряжения на источнике питания не влияют на точность измерения.

Уравновешенный мост является достаточно точным прибором и находит широкое применение в измерительных схемах автоматических мостов КСМ1 – КСМ4.

В неуравновешенных мостах об измеряемой температуре можно судить по отклонению стрелки миллиамперметра, если его шкалу проградуировать в градусах. Недостатком неуравновешенных мостов является их зависимость от колебания напряжения питания.

Неуравновешенные мосты широко применяются в компенсационных измерительных схемах автоматических потенциометров типа КСП1-КСП4, где питание моста осуществляется от стабилизированного источника питания.