5. Методика расчета измерительной схемы электронного автоматического моста

Термометр сопротивления (его сопротивление Rt) включается в измерительную мостовую схему автоматического уравновешенного моста по трехпроводной схеме включения (см. рис.1). Это делается для того, чтобы можно было компенсировать влияние изменения сопротивления соединительных проводов на точность измерения температуры теплового объекта при отклонениях температуры окружающей соединительные провода среды. В измерительную схему моста кроме сопротивления Rt входят:

Rji - сопротивление соединительных проводов и подгоночных катушек равное обычно для одной линии - 2,5 Ом;

Rд - сопротивление, определяющее начало шкалы (имеющее подгоночное сопротивление в виде спирали г_д, являющееся частью сопротивления R_a), его выбирают согласно паспортным данным электронных автоматических мостов равным 3,7-5,5 Ом;

Rl, R2, R3 - расчетные резистивные сопротивления;

R_e - балластное сопротивление в цепи источника питания, которое служит для ограничения тока в плечах измерительной схемы;

В схеме измерения имеется также р охорд, который с помощью своего подвижного контакта, связанного с ротором реверсивного двигателя, делится на две части, одна из которых Rip относится к левой части реохорда, а другая R2p -к правой его части. Вместе обе части реохорда составляют его полное сопротивление Rp = Rip +R2p

Параллельно реохорду включаются два резистивных сопротивления — сопротивление шунта Rui и сопротивление Rn, оп­ределяющее верхний предел изменения сопротивления датчика температуры (или шкалы прибора). Эквивалентное сопротивление для двух указанных со­противлений будем обозначать R_mn. Оно будет равно:

Ruin = Rin*Rn/(Rin+Rn)

Совместно сопротивления Rnin, Rip и R2p оказываются включенными по отношению к внешним выводам по схеме треугольника.

Для расчета режимов измерения работы мостовой схемы такое включение указанных трех сопротивлений является неудобным. Поэтому целесообразно от реальной схемы включения этих сопротивлений перейти к эквивалентной расчетной схеме их включения «звездой», в которой будут фигурировать сопротивления: с левой стороны Rlnp, с правой стороны R2np и в ветви, относящейся к сопротивлению измерительной диагонали моста (до­полнительному сопротивлению нагрузки), RhcI.

Принемаем для расчета R_л = 2.5 Ом

Я_д=4,3 Ом

R2 = R3 = 300 Ом

R_B = 450 Ом

По градуировочной таблице определяем

Rtmax = 68,81 Ом; Rt_min = 53 Ом;

Определяем Rnp, Rl, Rn;

Rпр= 0.5*(-А)+А²+В/ 1-

где, А = (Rt_mm + (Я_л + R_H + R3) * (1 - 2 *)) - {Rtmax + Rt_min) * 

A = (53 + (2,5 + 4,3 + 300) * (1 - 2 * 0,032)) - (57,52 + 68,81) * 0,032 =375,25

В = 4* (68,81 - 53) * 300 * (1 - 2 * 0,032) = 177577 Ом

Rпр ={0.5*(-375.25+375.25²+177577)}/1-0.032 =100.96Ом

R1= [{( R1min +R_л + R_д + R_пр (1-))* R2}/ (R_пр*+ R3)}]- R_л

R1=[{(53 + 2.5 + 4.3 + 100.96*(1-0.032))*300}/100.96*0.032+300]-2.5 = =153.35Ом

Rп =( Rри* Rпр) / (Rри+ Rпр)

Rп = (90*100.96) / (90+100.96) =47.58 Ом

Определяем Un

U_п = U₀ /[1+{ R 5/(R_л + R 1+ R 2)}+ +{ R 5/(R_л + R_д+ R l_min+ Rпр+ R 3)}]

U_п=6.3[1+{450/(2.5+153.35+300)}+{450/(2.5+4.3+53+100.96+300)}] =2.12B

Затем находим соответствующее значение тока в цепи реохорда при Rt = Rt_max:

I_Rmin= U₀ /(R3+Rпр+ Rд+ Rл+ R1_min )

I_Rmin =2.12/(300+100.96+4.3+2.5+53) = 4.6*10^-3 A

4.6*10^-3  5…7*10^-3

Неравенство выполняется. Аналогично находим значение тока в цепи включения реохорда при Rt = Rt_max

U_п = U₀ /[1+{ R 5/(R_л + R 1+ R 2)}+ +{ R 5/(R_л + R_д+ R l_max+ Rпр+ R 3)}]

U_п=6.3[1+{450/(2.5+153.35+300)}+{450/(2.5+4.3+68.81+100.96+300)}]= =2.18B

I_Rmax= U_п /(R3+Rпр+ Rд+ Rл+ R1_max )

I_Rmax =2.18/(300+100.96+4.3+2.5+68/81) = 4.5*10^-3 A

Определяем отношение токов при Rt = Rt_max к Rt = Rt_min;

I_Rmax / I_Rmin =4.5* 10^-3 /4.6*10^-3 = 0.98

Сравниваем это значение с предельно допустимым равным 0,8..0,9. Расчетное значение должно быть больше. В нашем случае условие выполняется, поэтому можно полученные расчетные значения считать найденными. Остается для порядка проверить градуировку шкалы, например при 20,40,60,80 градусах. Для этого рассчитываются значения U_BbIX при указанных значениях температуры, определив предварительно Rt по градуировочной таблице. Далее строится график функции Uвых=f(R_t). Далее определяем динамические параметры: К1_СС, К_ос, К2_СС.

К_ос = - Rпр (1-2*)

К_ос = -100,96*(1-2*0.032) =-94.49 Ом

К2_сс = 2.12 / (2.5+4.3+53+18.3+300)=5.5*10^-3

Для вычисления коэффициента К1сс необходимо определить Uвых и R.

Выберем температуру +20 и +40°С, тогда

U_Вых20= 0,255В; U_вых40 = 0,175В; R_t20 =57,520м; R_t40 = 62,03OM

Исходя из этого, получим:

U_BbIX= и_вых4о -и_вых20= 0,175-0,255 =-0,08В

R_t = R_t40 - Rt20 = 62,03-57,52 = 4,51Ом

Следовательно, будет иметь:

К1сс = U_BbIX /R

К1сс = -0.08/4.51=- 0.018A

Список использованой литературы.

1. Карташова А.Н., Дунин-Барковский И.В. Технологические. Измерения и приборы в текстильной и лёгкой промышленности, Учебник для вузов М.: Лёгкая и пищевая промышленность, 1984.

2. Электрические измерения. Учебник для вузов. Изд. 4-е. Под ред. А.В. Фремке . ..,.Л.: Энергия, 1973.

3. Андреев А.А. Автоматические электронные показывающие, регистрирующие и регулирующие приборы, -л.: Машиностроение, 1981. -261 с.

4. Основы метрологии и электрические измерения: Учебник для вузов / Б.Я.Авдеев и др.; под. ред. Е.М. Душина." 6-е изд., пере раб. и доп. - л.: Энергоатомиздат, 1987.

5. Касаткин А. С, Немцов М. В. Электротехника: Учеб. пособие для вузов. - 4-е изд .. перераб. - М.; Энергоатомиздат, 1983 . ..,. 440 с: