2.6. Вторичные приборы для термопреобразователей сопротивления
Для линейного преобразования сопротивления термопреобразователей сопротивления типов ТСП и ТСМ в унифицированный сигнал постоянного тока 0-5 мА предназначены нормирующие преобразователи. Преобразователи состоят из измерительного моста и усилителя постоянного тока (УПТ) с глубокой отрицательной обратной связью.
Гальваническое разделение входа от выхода обеспечивается применением магнитных усилителей в прямом тракте и в цепи обратной связи. Допустимая основная погрешность 0,6 %.
Для непосредственного измерения сопротивлений термометров сопротивления и других преобразователей сопротивления используют: одно- и двухмостовые схемы (уравновешенные и неуравновешенные), логометры и компенсационный метод.
И
змерительный
мост представляет собой четыре резистора
,
которые питаются от источника
.
В измерительной диагонали включен
измерительный прибор сопротивлением
.
Согласно теореме об эквивалентном
генераторе: ток
равен напряжению холостого хода
,
деленному на сумму сопротивлений
участка cd
и сопротивления между концами участка
cd
при коротком замыкании (КЗ) всех ЭДС:
Отсюда возможны два режима работы:
1. Равновесный:
,
при этом
.
2. Неравновесный
.
В этом случае необходимо постоянство
и всех сопротивлений, кроме измеряемого.
Электрическая
схема уравновешенного моста (рис. 2.6.1)
включает в себя следующие основные
элементы: два постоянных резистора
и
,
реохорда
и термопреобразователь сопротивления
.
Здесь
– сопротивление соединительного
провода. Одна диагональ моста подключается
к источнику питания, в другую включен
нуль-индикатор (через переключатель
П). При равновесии мостовой измерительной
схемы, достигаемом перемещением движка
реостата
,
в измерительной диагонали
.
При этом
,
(2.6.1)
.
(2.6.2)
Из (2.6.I) и (2.6.2) получим:
.
(2.6.3)
Так
как при
,
и
выражение (2.6.3) будет иметь вид:
.
(2.6.4)
Откуда:
Рис.
2.6.2
При
и
будем иметь:
,
т.е. изменение сопротивления можно уравновесить сопротивлением реохорда .
Для исключения влияния колебаний температуры окружающей среды на результаты показаний применяют так называемую трехпроводную систему подключений термометров сопротивления. Для такой схемы можно записать следующее соотношение:
.
При
,
т.е. сопротивление термометра не зависит
от сопротивления соединительных
проводов.
В автоматических уравновешенных мостах (Рис.2.6.3) перемещение движка реохорда производится с помощью реверсивного двигателя (РД). Питание моста осуществляется переменным током 6,3 В. При разбалансе моста на его выходе (входе в электронный усилитель ЭУ) появляется сигнал, который усиливается до величины, достаточной для приведения в действие реверсивного двигателя, связанного с движком реохорда и стрелкой показывающего прибора. Перемещение реохорда приводит в равновесие мостовую схему, а положение стрелки определяет величину измеряемой температуры.
Предел допустимой основной погрешности автоматических мостов: 0,25; 0,5; 1,0 и 1,5 % (в % нормирующего значения).
При расположении движка в крайнем левом положении (рис. 6.4.4):
.
При изменении температуры
;
,
где
– сопротивление участка реохорда
левее точки а
,
т.е. зависимость
нелинейна.
Но при
,
шкала приближается к линейной.
Для схемы, представленной на рис. 2.6.5:
;
где
;
– сопротивление реохорда справа от
точки а.
.
Из этого уравнения видно, что функция является линейной, что позволяет обеспечить равномерную шкалу.
Рис.
2.6.6
В трехпроводной
системе (рис. 2.6.6) сопротивление приборов
распределяется в смежных плечах моста.
Сопротивление линии
Ом. В положении равновесия:
;
добавочное
сопротивление
Ом;
;
;
или
100 Ом0,1
Ом,
где
– сопротивление участка реохорда
правее движка.
;
Ом.
Для эксплуатационных условий:
.
Наличие в мостовой измерительной схеме реохорда снижает его надежность (загрязнение, окисление и т.д.). Свободными от этих недостатков являются мостовые схемы с бесконтактными компенсирующими элементами.
Для контроля температуры в комплекте с термометрами сопротивления используются также логометры – приборы магнитоэлектрической системы.
Измерительный механизм логометра состоит из двух рамок, помещенных в воздушный зазор между полюсами постоянного магнита и сердечником. При этом воздушный зазор между ними сделан неравномерным и ,соответственно, не постоянна магнитная индукция в зазоре.
Рамки поворачиваются в воздушном зазоре в пределах рабочего угла. При этом сердечник закреплен неподвижно. Выточки полюсных наконечников сделаны также по окружности, но центр смещен по отношению к центру сердечника так, что воздушный зазор убывает от центра полюсных наконечников к их краям, а магнитная индукция возрастает приблизительно по квадратичному закону от центра к краям полюсных наконечников. Рамки включены так, что их вращающие моменты направлены навстречу друг к другу. Подвод тока к рамкам производится с помощью маломоментных спиральных волосков.
и
– манганиновые резисторы.
Если
,
то
и при симметричном расположении рамок
относительно полюсных наконечников
вращающие моменты
и
равны. При увеличении
увеличивается
и подвижная часть поворачивается по
часовой стрелке. При этом рамка
с большим вращающим моментом попадает
в более слабое магнитное поле и ее
момент уменьшается, момент же рамки
будет увеличиваться.
П
ри
определенном угле поворота:
или
при
:
;
откуда
.
У
Рис. 2.6.8
– функция угла
или
,
.
Принимая во внимание, что
и
,
.
Так как,
,то
.
При учете моментов,
накладываемых токоподводящими вводами
и трения, изменение напряжения питания
на
не
вызывает изменение показаний логометра.
Для возврата стрелки в исходное положение в логометрах установлен специальный электромагнитный возвратитель.
Недостатком этой схемы является необходимость включения, для уменьшения температурной погрешности, последовательно с рамками манганиновых резисторов и с большим сопротивлением, что снижает чувствительность измерений.
При
и
потенциалы точек
и
одинаковы, токи
и
равны и противоположны.
При увеличении потенциал повышается. При этом уменьшается, а увеличивается. Таким образом, чувствительность системы выше.
При
и
можно записать:
,
где
при
:
.
При нарушении равновесия на показания прибора влияет изменение температуры окружающей среды.
Вместо
включают последовательно манганиновое
и медное
.
;
,
где
– сопротивление рамок при
С.
,
где
;
;
;
.
При
соотношение токов не будет зависеть
от окружающей температуры. Это выражение
является условием температурной
компенсации.
.
Полная температурная компенсация достигается только в одной точке.
В основу промышленного прибора положена симметричная мостовая логометрическая схема..
Логометры рассчитаны
на подключение к ним термометров
сопротивления по двухпроводной и
трехпроводной схемам при определенных
значениях
(5
или 15 Ом (
).
Сопротивление каждой подгоночной
катушки составляет
.
Подгонка
сопротивлений осуществляется раздельно
для левого и правого проводов с помощью
катушек
и
.
Измерение сопротивления производится
переносной поверочной установкой или
переносным мостом с погрешностью 0,2%.
При 2-проводной
схеме подгонку сопротивления осуществляют
с помощью одной катушки
.
Сопротивление
или 7.5 0.01 Ом.
Для периодической
поверки прибора подключают сопротивление
.При
этом соединяются клеммы 2 и 4 и закорачивают
термометр сопротивления.
Значение дополнительной погрешности, обусловленной изменением сопротивления линии от температуры (при 3-проводной схеме)
.
Р
ис.
2.6.9
Изменение показаний может быть также вызвано наличием внешних магнитных полей.
Для подключения к логометру нескольких термометров сопротивления применяют многоточечные щеточные поворотные переключатели типа ПМТ.
При применении
компенсационного метода измерения
сопротивлений используется образцовый
резистр класса точности 0,01
.
Измерительный
ток устанавливается с помощью реостата
и контролируется потенциометром по
падению напряжения на
.
;
;
.
Измерительный
ток имеет величину 2 мА, a значения
и
не превышают нескольких десятков
милливольт.
Рис.
2.6.10
При измерении неуравновешенным мостом (рис. 2.6.8)
;
;
,
так как
,
и
;
.
Неуравновешенные мосты обеспечивают возможность непосредственного отсчета показаний с помощью включенного в диагональ моста измерительного прибора.
Сила тока, протекающая в измерительной диагонали:
Рис. 2.6.9
,
где
.
Из уравнения видно, что сила тока зависит от напряжения питания моста. Контроль величины напряжения осуществляется с помощью сопротивления . При этом с помощью реохорда стрелка устанавливается на контрольную отметку.