Тверской государственный технический университет

Кафедра АТП

Лабораторная работа 6

Изучение и поверка автоматического уравновешенного моста.

Тверь 2009

1. Цель работы

Изучение принципа действия и устройства автоматических уравновешенных мостов и освоение методики их поверки.

2. Задание на работу

1. Изучить принцип действия и конструкцию автоматического уравновешенного моста.

2. Осуществить поверку автоматического уравновешенного моста.

3. Определить абсолютную, приведенную погрешности и вариацию автоматиче­ского уравновешенного моста.

4. Сделать заключение о пригодности прибора и эксплуатации.

3. Назначение и принцип действия измерительных систем

Автоматические уравновешенные мосты в настоящее время широко применяются в различных отраслях промышленности для измерения и регистрации параметров,которые могут быть преобразованы в электрическое сопротивление. Часто автоматические уравновешенные мосты используются в комплекте с электриче­скими термометрами сопротивления для измерения температуры.

Принцип действия термометров сопротивления основан на явлении изменения электрического сопротивления проводников под действием температуры t. Эта за­висимость в первом приближении имеет вид:

, (1)

где R₀ - сопротивление проводника при температуре C = t₀;

 - температурный коэффициент электрического сопротивления.

Применяемые в промышленности термометры сопротивления представляют собой тонкую медную или платиновую проволоку, намотанную на специальный слюдяной,фарфоровый или пластмассовый каркас.

В настоящее время выпускаются в основном медные (тип ТСМ) и платиновые (тип ТСП) термометры сопротивления. Медные обеспечивают измерение температуры в диапазоне –50 ч+180C,а платиновые в диапазоне ‑200 ч +650 C.

Из выражения (1) следует,что измерение величины электрического сопротивленияR_tпозволяет тем самым измерить температуруtтермометра,а следовательно,и среды,в которой он размещен.

Схема применяемого для измерения электрического сопротивления R_tуравновешенного моста показана на рис.1.Мостом принято называть электрическое соединение из четырех резисторов(в данном случаеR₁, R₂, R₃, R_t),называемых плечами моста и образующих две параллельные ветви acb иadb.Между ветвямиacb и adb переброшен мост (отсюда и название соединения) в виде магнитоэлектрического нуль гальванометраНГ(нуль-гальванометр имеет нулевую отметку в середине шкалы),подключаемого к точкамcи d(измерительная диагональ моста).К точкамa иb (питающая диагональ моста) подключается источник питанияИП.Два плеча мостаR₁и R₃имеют постоянные и точно известные сопротивления.Третье плечоR₂представляет собой градуированный специальный переменный резистор, называемый реохордом. Четвертое плечо состоит из термометра сопротивленияR_tи двух проводниковR_пр,соединяющих мост с термометром сопротивления.Когда потенциалы точекcиd равны, ток через нуль-гальванометрНГне протекает.Такое состояние моста принято называть равновесием.

Измерение температуры с помощью термометра сопротивления и уравновешенного моста осуществляется следующим образом.При изменении температуры предыдущее положение равновесия моста нарушается и по диагоналиcdначинает протекать ток,наличие которого определяется по отклонению стрелки нуль гальванометра от нулевой отметки.Путем перемещения движкаДреохорда в соответствующем направлении мост приводят в положение равновесия и по положению движкаДна шкалеШк,проградуированной в единицах измерения температуры, определяют значение измеряемой температуры.

При равновесии моста разность потенциалов в измерительной диагонали (cd) равна нулю, и токI₀ также будет равен нулю.Следовательно,падения напряжений на плечах мостаR₂и (R_t + 2R_пр),а такжеR₁ и R₃ будут равны,т.е.

(2)

и

.(3)

Разделив (2) на (3),получим:

.(4)

При равновесии I₀ = 0; I₂ = I₃; I₁ = I_t.

С учетом этого выражения (4) преобразуется к виду:

или .(5)

Таким образом, при равновесии моста произведения значений сопротивлений противолежащих плеч равны.

Из уравнения (5) находим, что

. (6)

Если принять,что сопротивление соединительных проводов постоянно,то выражение (6) можно представить:

, (7)

где k₁ =R₁/R₃ иk₂ =2R_пр- постоянные величины.

Из последнего выражения следует, что каждому значению сопротивления R_t соответствует определенное значение сопротивленияR₂,которое определяется положением движкаД.Это дает и связь сопротивленияR_tс температурой (1) и обуславливает возможность градуировки шкалы равновесного моста непосредственно в единицах измерения температуры.Существенным является тот факт,что в уравнении (5)(7) не входит напряжение питания моста.Этим определяется независимость показаний уравновешенных мостов от напряжения питания.

При измерении температуры на технологических потоках соединительные провода R_примеют длину несколько десятков или даже сотен метров.Их температура может в значительной степени изменяться в основном за счет воздействия атмосферных условий.Это вызывает в свою очередь изменение сопротивления проводов и нарушает однозначность связи (7),что приводит к возникновению погрешности измерений.Для исключения этой погрешности применяют так называемую трех проводную схему подключения термометра сопротивления к мосту (на рис. 1такое подключение отмечено пунктирной линией).При такой схеме источник питания подключается к мосту не в точке“в”,а в точке ”в’”. Таким образом, от моста к термометру протягивают уже не два,а три провода.При трех проводной схеме сопротивление одного из проводов R_пр прибавляется к сопротивлениюR_t,а второго провода – к переменному сопротивлениюR₂.Так как теперь провода оказываются включенными не в одно,а в два смежных плеча моста,изменение их сопротивления практически не сказывается на результат измерения при определенном подборе сопротивлений моста.Действительно,для положения схемы с трех проводным подключением термометра сопротивления имеем:

. (8)

Если сопротивления резисторов R₁ иR₃одинаковы,то

. (9)

Отсюда следует, чтоR_t =R₂при любых значениях сопротивлений проводов, т. к. изменение их сопротивления не влияет на результат измерения. Уравновешенные мосты могут работать как на постоянном,так и на переменном токе.

На рис.2показана схема электронного автоматического самопишущего уравновешенного моста.Прибор содержит измерительную схему1,электронный усилитель2,реверсивный двигатель3,отсчетное устройство – шкалу4и стрелку5, перо6,диаграмму7и синхронный двигатель8,служащий для вращения диаграммы.

В измерительной схеме R₁, R₂, R₃, R₄- постоянные резисторы,выполненные из манганина (сплав,температурный коэффициент сопротивления которого близок нулю),R_р- реохорда.В электронном автоматическом мосте операция уравновешивания полностью автоматизирована.Роль нуль гальванометра в этом приборе выполняет электронный усилитель.

При нарушении равновесия моста разность потенциалов,возникающая между точкамиcиd, подается на вход электронного усилителя2, где она усиливается до величины,достаточной для привода в движение реверсивного двигателя3.

Последний в зависимости от знака возникающей между точками cиdразности потенциалов, перемещает в ту или иную сторону движокДреохорда,механически соединенный с валом двигателя3.Причем перемещение движкаДпроисходит до тех пор,пока разность потенциалов между точкамиcиdне станет равной нулю, т. е. наступает положение равновесия моста.С валом реверсивного двигателя механически связана каретка,на которой укреплена стрелка5и перо6.Значение температуры определяется по положению стрелки на шкале4в положении равновесия.

Автоматические уравновешенные мосты,выпускаются показывающими и самопишущими с записью на дисковой и ленточной диаграммах.Классы точности выпускаемых мостов 0,25; 0,5; 1,0; 1,5