Завдання та порядок виконання роботи

1. Вивчити призначення, принцип дії, принципові схеми автоматичних мостиків, типу КСМ-20, КСМ-4.

2. За принциповими схемами побудувати структурні схеми.

3. Вивчити характеристики приладів, згідно технічного опису та технічного паспорту.

4. Вивчити регламент проведення вимірювань температури та провести експериментальні вимірювання температур в інтервалі 393-373 К.

Контрольні запитання

1. Побудова автоматичних містків.

2. Рівняння рівноваги містків різних модифікацій.

3. Містки з односекційними та двосекційними термометрами опору.

4. Функціональні схеми містків:

а) із зміною опору в одному плечі;

б) із зміною опору двох суміжних плечей;

в) трьохпровідні;

г) симетрична чотирьохпровідна;

д) п’ятипровідна з двосекційним термометром.

Література

1. П.В.Новицкий “Електрические измерения неелектрических величин”. Ленинград. “Энергия”. 1975 г.

2. Н.П.Орнатский “Автоматические измерения и приборы”. Киев. “Высшая школа”. 1980 г.

2. Э.Г.Атамалян “Приборы и методы измерения електрических величин”. Москва. “Высшая школа”. 1989 г.

Вивчення автоматичного потенціометра для дистанційних вимірювань температур теоретичні відомості

Автоматичний потенціометр призначений для вимірювання, запису і регулювання температури та інших величин, зміна значення яких може бути перетворена в змінні напруги постійного струму або активного опору.

Якщо прийняти характеристику термопари лінійною, то термо-ЕРС термопари , де - чутливість термопари, - температура гарячих кінців термопари, - температура холодних кінців термопари.

Термо-ЕРС термопари в автоматичному компенсаторі неперервно компенсується напругою , яку знімаємо з реохорда компенсатора.

Типова структурна схема потенціометра має вигляд, зображений на рис.1.

Рис.1. Структурна схема автоматичного потенціометра.

Замкнута структурна схема приладу (рис.1) складається з двох кіл - прямого і оберненого.

В пряме коло входять: ВПП - вимірювальний пристрій порівняння; ПН - підсилювач некомпенсації; П₁ - підсилювач потужності; Д - двигун; П₂ - перетворювач; РП - реєструючий пристрій; ОП - обернений перетворювач.

Вхідний сигнал Е поступає на вимірювальний пристрій порівняння (ВПП), в якому утворюється різниця напруги DU вимірюємої термо-ЕРС і компенсуючої напруги U_K. Після підсилювача некомпенсацій (ПН), підсилений сигнал поступає на підсилювач потужності. Ланка двигун перетворювач дає нам вихідну величину l, звідки йде на реєструючий пристрій (РП).

В обернене коло входить обернений перетворювач (ОП), який перетворює вихідну величину l в компенсуючу напругу U_K, однорідну із вхідною.

В статичному режимі Е=U_K, компенсуюча напруга

, де І_р - струм реохорда, R_pn - опір реохорда в компенсаційному ланцюгові.

Принципові схеми з одинарним та подвійним реохордами, показані, відповідно, на рис.2 а, б.

б

в

Рис.2. Принципові схеми потенціометра з одиночним (а) та подвійним (б) реохордом.

Опір реохорда , де - повний опір реохорда, - повна довжина реохорда автоматичного компенсатора, рівна довжині шкали, - переміщення реєструючого органу компенсатора, яке відповідає опору реохорда.

Рівняння шкали автоматичного компенсатора: , де - вимірюєма різниця температур. При виконанні умов: =const; =const; =const; =const переміщення реєструючого органу компенсатора буде пропорційне вимірюваній різниці температур, а шкала автоматичного компенсатора лінійна.

Перша умова (=const) виконується у випадку, коли реохорд виконаний з матеріалу з високостабільним питомим опором, стійкого до корозії. Для виконання другої умови (=const) компенсаційна схема в нових автоматичних компенсаторах живиться від високостабільного джерела напруги, наприклад, на кремнієвих стабілітронах. При використанні в якості джерел живлення нестабільних сухих батарей, які знаходяться в експлуатації в автоматичних компенсаторів, постійний струм досягається з допомогою періодичної авторегуліровки.

Найпростіша - це компенсаційна схема для автоматичної регуліровки робочого струму компенсації похибки від зміни .

Тому в автоматичних компенсаторах застосовується мостова компенсаційна схема (із звичайним одинарним реохордом). Компенсуюча напруга в цій схемі є напругою неврівноваженого містка. Робочий струм при положенні 2 перемикача П автоматично встановлюється рівним заданому врівноваженню напруг і зміною струму . Струм змінюється регулюванням опору . Двигун реохорда повертається двигуном компенсатора через електромагнітну муфту, яка включається періодично, одночасно з переведенням перемикача П в положення 2. Пристрій автопідрегуліровки робочого струму можна вмикати по мірі необхідності.

Третя умова - =const. Температуру холодних кінців термопари важко підтримувати постійною, тому застосовують компенсацію похибки, яка виникає від зміни температури холодних кінців термопари . При , і у встановленому режимі двигун реохорда знаходиться в точці А. Компенсуюча напруга , яка рівна різниці напруг на опорах і , також рівна 0. Якщо температура холодних кінців збільшилась на , то на виході термопари виникає термо-ЕРС . При відсутності термо-ЕРС, після підсилення подається на двигун. Двигун реохорда буде змінювати своє положення до тих пір, поки в результаті збільшення опору в плечі , компенсуюча напруга не стане рівною . В результаті в показах виникає похибка . Для компенсації цієї похибки опір вибирають і розташовують безпосередньо на холодних кінцях термопар. Якщо представити, що , то виникаюча при зміні рівна . Якщо , , то досягається компенсація похибки від зміни . Двигун реохорда при зміні залишається в точці А і похибка в показах автокомпенсатора не виникне.

Шуканий температурний коефіцієнт опору : . Похибка компенсується вказаним вище способом тільки в усталеному режимі при рівності температур холодних кінців термопари і опору . В перехідному режимі в результаті різних умов нагріву холодних кінців і опору , перехідний режим може тривати кілька хвилин. Для усунення похибок в перехідному режимі в коло основної термопари включають послідовно додаткову термопару ТП₂, холодні кінці якої розташовані на холодних кінцях основної термопари, а гарячий спай - на опорі (рис.2,а). Термо-ЕРС основної термопари вмикається зустрічно з термо-ЕРС ТП₂ і компенсує цю похибку.

Розроблені нові удосконалені вимірювальні схеми автокомпенсаторів для вимірювання термо-ЕРС термопар, в яких досягається повна компенсація похибки включенням термозалежного опору також і в верхню вітку місткової схеми. Для виконання четвертої умови необхідні високоякісні термопари з постійною чутливістю =const.

Для зменшення наводок в підводячих проводах термопари коло термопари шунтується конденсатором С і послідовно з термопарою включається опір R (рис.2,а). У високочутливих автокомпенсаторах з точністю вимірювання 100 мкВ і нижче, необхідно зменшувати або повністю уникати впливу паразитних термо- і контактних ЕРС рухомого контакта реохорда. Для цього у вихідну діагональ містка включають дільник напруг або використовують місткову компенсаційну схему із здвоєними реохордами (рис.2,б), де у вихідній діагоналі містка, тобто в колі немає рухомого контакту.

В містковій схемі із здвоєним реохордом паразитні контактні і термо-ЕРС рухомого контакта реохорда діють не в колі вихідної діагоналі містка, а в суміжних плечах містка, тобто включені послідовно з напругою живлення містка. У порівнянні з напругою живлення містка контактні ЕРС в точках А і В досить малі і тому не мають помітного впливу на роботу містка. Струм в здвоєних реохордах містка при переміщенні контакту повинен бути незмінним. Для цього обидві половини здвоєного реохорда повинні бути ідентичні.

Принципова схема автоматичного компенсатора КСП-4 показана на рис.3.

Термопара або датчик напруги постійного струму підключені послідовно з електронним підсилювачем. При зміні сигналу, який поступає на прилад від будь-якого датчика, на вході підсилювача виникає напруга розбалансу постійного струму, яка перетворюється в напругу змінного струму та підсилюється для приведення в дію реверсивного двигуна М, вихідний вал якого обертається в ту чи іншу сторону до тих пір, поки існує напруга розбалансу. Обертання вихідного вала двигуна за допомогою механічної передачі перетворюється в прямолонійний рух каретки, на якій закріплені контакти реохорда, показчик і записуючий пристрій.

В основу роботи приладу КСП-4 покладено компенсаційний метод. Вимірювальна схема потенціометра КСП-4 складається з резисторів, які мають своє призначення: - реохорд, - шунт реохорда, - резистор для задання меж вимірювань, - резистор для задання початку шкали приладу, , - підгоночні резистори, - баластний резистор, , - резистори для обмеження і регулювання робочого струму джерела живлення, - резистор для контролю робочого струму, - допоміжний резистор, виконаний з міді для потенціометрів КСП-4, які мають компенсацію термо-ЕРС вільних кінців термопари.

В потенціометрі КСП-4, який працює в комплекті з термопарами, резистор розміщений безпосередньо біля вільних кінців компенсаційних проводів, які з’єднують термопари з приладом.

При зміні температури оточуючого повітря відбувається зміна температури вільних кінців, і, відповідно, опір резистора . Додаткове падіння напруги, яке виникає на резисторі , компенсує зміну термо-ЕРС, яка викликана зміною температури вільних кінців термопари, в результаті чого покази приладу залишаються без змін.

З метою завадозахищеності у вимірюваному колі потенціометра КСП-4 підключені багатоланкові фільтри Ф₁ і Ф₂.

ЗАВДАННЯ ТА ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ

1. Вивчити призначення, принцип дії та роботу автоматичного потенціометра КСП-4 та його принципову схему.

2. За принциповою схемою КСП-4 побудувати структурну і порівняти її з мал. 1,а.

3. Вивчити технічні характеристики та регламент проведення вимірювань за технічним описом та провести вимірювання температур в інтервалі від 393 до 373 К.

Контрольні запитання

1. Структурні схеми автоматичного потенціометра.

2. Принципова схема потенціометра з одинарним реохордом.

3. Принципова схема потенціометра з подвійним реохордом.

4. Принципова схема потенціометра типу КСП-4.

5. Застосування автоматичних потенціометрів.

6. Визначити тип структурної схеми потенціометра КСП-4 та метод вимірювань.

ЛІТЕРАТУРА

1. П.В.Новицкий “Электрические измерения неелектрических величин”. Ленинград. “Энергия”. 1975 г.

2. Н.П.Орнатский “Автоматические измерения и приборы”. Киев. “Высшая школа”. 1980 г.