Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
шпоры по метрологии.doc
Скачиваний:
42
Добавлен:
20.09.2019
Размер:
11.19 Mб
Скачать

Термометры сопротивления

Д ействие термометров сопротивления основано на свойстве тел изменять электрическое сопротивление при изменении температуры. У металлических термометров сопротивление с возрастанием температуры увеличивается практически линейно, у полупроводниковых, наоборот, уменьшается.

Металлические термометры сопротивления изготовляют из тонкой медной или платиновой проволоки 1, помещенной в Электроизоляционный корпус 2. Зависимость электрического сопротивления от температуры (для медных термометров от -50 до +180°С, для платиновых — от -200 до +750°С) весьма стабильна и воспроизводима. Это обеспечивает взаимозаменяемость термометров сопротивления.

Д ля защиты термометров сопротивления от воздействия измеряемой среды применяют защитные чехлы. Приборостроительная промышленность выпускает много модификаций защитных чехлов, рассчитанных на эксплуатацию термометров при различном давлении, различной агрессивности измеряемой среды, обладающих разной инерционностью и глубиной погружения.

Полупроводниковые термометры сопротивления (термисторы) для измерений в промышленности применяют редко, хотя их чувствительность гораздо выше, чем проволочных термометров сопротивления. Это объясняется тем, что градуировочные характеристики термисторов значительно отличаются друг от друга, что затрудняет их взаимозаменяемость.

Термометры сопротивления представляют собой первичные преобразователи с удобным для дистанционной передачи сигналом — электрическим сопротивлением. Для измерения такого сигнала обычно применяют автоматические уравновешенные мосты. При необходимости выходной сигнал термометра сопротивления может быть преобразован в унифицированный. Для этого в измерительную цепь включают промежуточный преобразователь. В этом случае измерительным будет прибор для измерения постоянного тока.

7.8 Вторичные приборы термопреобразователей сопротивления

Вторичные приборы РП-160.

Этот прибор для измерения термоЭДС. Отличительная способность приборов этого типа является наличие входного усилителя, выходной сигнал которого в пределах диапазона измерения меняется от 0 до 1 В постоянного напряжения.

ТЭП подключён к входным зажимам 1 и 2 РП термоэлектродными удлиняющими проводами ТЭ1 и ТЭ2 (по составу они разные). Такое подключения для того чтобы свободные концы ТЭП были на входных зажимах 1, 2 рядом с которыми находится встроенный в прибор элемент, реагирующий на изменение температуры свободных концов t0. Этим эл-ом является медный резистор Rм, предназначенный для компенсации измерения термоЭДС при изменении температуры свободных концов. Сопротивление Rм = 10 Ом при 0 С. Через него пропускается стабилизированный ток от стабилизированного источника.

Смысл введения поправки: при повышении температуры свободных концов уменьхается термоЭДС термопары на E(t0, 0), но при этом увеличивается сопротивление Rм на Rм и падение напряжение на нём. Напряжение на входе усилителя и показания прибора не изменятся. Однако, даже при t0 = 0 на Rм будет падение напряжения, которое суммируясь с термоЭДС термопары увеличит напряжение а входе усилителя и показания прибора. Чтобы это избежать в схеме входного усилителя есть схема коррекции нижнего предела измерения.

Основной элемент – реохорд Rр – линейный проволочный резистор определённого сопротивления, длина которого равна длине шкалы. На него подаётся стабилизированное напряжение 1 В. На суммирующий усилитель УС подаётся разность выходного напряжения входного усилителя и напряжение участка реохорда правее движка. Усилительный сигнал небаланса поступает на пусковую схему СУД шагового двигателя, которая определяет направление вращения двигателя и его скорость - она должна быть большей при большом разбалансе и меньшей при приближении к состоянию равновесия. Шаговый двигатель перемещает движок реохорда до такого положения, при котором напряжения входного усилителя и реохорда сравниваются. Предел допускаемой погрешности потенциометра по показаниям составляет +-0,5%, по регистрации +-1%.

Уравновешенные и неуравновешенные мосты, их сравнительная характе­ристика, 2х и 3х проводные схемы подключения ТПС.

Мосты делятся на: 1) уравновешенные; 2) неуравновешенные.

1). Состояние моста при котором Uвых = 0 - уравновешенное. Для уравновешенного моста при измерениях Rх используется известное переменное сопротивление.

Если Uвых = 0 то и Iип = 0, через Rx и Rм – ток I1, а через R1 и R2 – I2.

Следовательно RxI1 = R1I2 и RмI1 = R2I2.

Условие равновесия моста – RxR2 = R1Rм.

R1 R2 – плечи соотношения, определяют масштаб уравновешенного сопротивления магазина.

«+»:

  • независимость результата измерения от напряжения питания;

  • линейная зависимость Rx от Rм;

  • измерительный прибор выполняет функции нуль-прибора.

Погрешность расчёта сопротивления определяется чувствительностью нуль прибора. На чувствительность моста влияет напряжение питания.

Для двухпроводной схемы:

(Rt + 2Rл)R2 = R1Rм

При изменении температуры меняется Rt и Rл, что ведёт к дополнительной погрешности. Для ёё снижения используется 3х проводная схема. Переход: источник питания отключить от а и третьим проводом подсоединить к е.

Для 3х проводной схемы:

(Rt + Rл)R2 = Rм(R1+Rл), Rt = RмR1/R2 + Rм/R2Rл – Rл.

Видно что при Rм = R2 погрешность будет отсутствовать.

2). В неуравновешенных мостах напряжение измерительной диагонали изменяется с изменением измеряемого сопротивления. Широко используются в различных типах преобразователей неэлектрических величин. При постоянном напряжении Uпит с изменением сопротивления Rх изменяется напряжение Uвых. По известной градуировочной хар-ке Uвых = f (Rх) можно определить значение Rx.

Uвых = RxI1 – R1I2 I1 = Uпит/(Rx + R3) I2 = Uпит/(R1 + R2)

Uвых = Uпит(RxR2 – R1R3)/[(Rx + R3)(R1 + R2)

«-»:

  • нелинейная статическая хар-ка Uвых = f (Rх);

  • зависимомть Uвых от Uпит, что требует стабилизации питания.

  • погрешность моста не может быть меньше погрешности измеряющего Uвых.

(схема такая же как и у уравновешенного, но Rм = R3 = const)

.Автоматические уравновешенные мосты, логометры.

При изменении Rt уравновешивание производится автоматическим реверсивным двигателем, перемещающим движок реохорда Rp.

Реохорд - это проволочный резистор, витки которого равномерно распределены на изолированной шине определённой длины. Rp = const. На реохорде находится подвижной контакт – движок, при его перемещении меняются сопротивления плеч моста и происходит уравновешивание.

При любом изменении измеряемой температуры t движок устанавливается в новое положение равновесия автоматиче­ской системой следящего уравновешивания, состоящей из усили­теля УС, двигателя Д и кинематической связи от двигателя к движку (условно показана штрихом). В этой схеме усилитель играет роль индикатора нуля. Измерительная диагональ моста находится между точками 12, а диагональ питания 34, откуда условие равновесия примет вид

(Rt + r2)R2 = (Л3 + rx)R1

Принцип действия моста состоит в следующем. Предположим, при исходной температуре термопреобразователя мост был сбалан­сирован, т.е. выходное напряжение моста AU в измерительной диа­гонали равно нулю. Предположим, что измеряемая температура увеличилась, при этом возросло со­противление термопреобразователя Rt. Это приведет к разбалансу моста, так как первоначально (до начала перемещения движка) ока­жется, что

(Rt + r2)R2 > (R3 + r1)R1

т.е. мостовая схема окажется неуравновешенной и на ее выходе поя­вится напряжение AU с фазой, определяющей направление смеще­ния движка реохорда. Напряжение AU усиливается с помощью УС, который включает двигатель. Двигатель через кинематическую связь начнет перемещать движок реохорда к положению равновесия мостовой схемы. В новом равновесном состоянии схемы напряже­ние на входе усилителя ДС исчезнет и двигатель остановится. Новое положение реохорда и связанного с ним указателя будет соответст­вовать новому значению температуры. Очевидно, что минималь­ному значению сопротивления, относящемуся к началу шкалы и ми­нимальному значению температуры, соответствует крайнее правое положение движка реохорда, r2 = R и r1 = 0. При конечном значе­нии шкалы, которому соответствует максимальное значение температуры и сопротивления Л,, движок реохорда находится в крайнем левом положении, при котором r2 = 0 и r1 = Rt

Схема автоматического уравновешенного моста (типов КСМ1, КСМ2), с включенным по двухпроводной схеме ТС (т.е. термопре­образователь ТС соединен с мостом двумя проводами)/ Принцип действия остается прежним, но схема несколько усложнена. Реохорд Rp представляет собой проволочный резистор, имеющий строго определенное сопротивление (обычно 90 Ом, иногда 100 Ом), линейно распределенное на заданной длине, равной длине шкалы (100 мм для автоматических мостов КСМ1, 160 мм для мостов КСМ2 и 250 мм для КСМ4).

Реохорд имеет движок, который перемещается по проволочной намотке реохорда двигателем Д посредством кинематической связи (показана штрихом). Движок реохорда образует вершину моста а. С движком жестко связана показывающая стрелка, перемещающаяся по шкале. Параллельно реохорду включен резистор Rп, определяю­щий диапазон измерения моста. Сопротивление параллельного соединения Rр и Rп в дальнейшем обозначим Rпр (приведенное сопротивление). Резистор Rd определяет начало диапазона измере­ния. Последовательно с Rd и Rn включены подгоночные резисторы (на схеме не показаны), служащие для подгонки начала и конца диа­пазона (корректоры нуля и чувствительности). Резистор R6 служит для ограничения тока через ТС, во избежание его нагрева рабочим током. Обычно, в качестве номинального принимается значение рабочего тока (2...2,5) мА. Питание моста осуществляется перемен­ным током от обмотки силового трансформатора.

Для анализа схемы необходимо определить вершины моста. Две вершины — это точки, к которым подключен усилитель — точки а и b. Через две другие вершины к мосту подводится напряжение — это точки с и Б3. На рис. А2, А3, Б1, Б2, Б3 — обозначение зажимов клеммной сборки внешних соединений реального прибора (располо­женных на задней стенке прибора), Т1, Т2 — зажимы термопреобразо­вателя. Таким образом, противолежащими являются плечи:

RaБ3 = Rae + Rd + Rt + Rл; Rbc = R2; Rac = Raf + R3; RБ3b = R1

Raf — приведенное сопротивление участка реохорда правее движка,

Rae — приведенное сопротивление участка реохорда левее движка.

Следовательно, мост будет уравновешен при выполнении сле­дующего условия:

RaБ3 Rbc = Rac RБ3b

Или (Rae + Rd + Rt + 2Rл)R2 = (Raf + R3)R1

Долю сопротивления движка между крайним правым и текущим положением обозначим буквой т. Таким образом

Rпр = RпRр /( Rп + Rр)

Следовательно, часть приведенного сопротивления правее движка будет равна m Rпр , а левее движка равна (1 - m) Rпр .

Уравнение равновесия:

[(1-m)Rпр + Rd + Rt + 2Rл]R2 = (mRпр + R3)R1

Тогда легко можно получить уравнение статической характери­стики моста т =f(Rt). В обобщенном виде она имеет вид т = (Rt + 2Rл)a + b,

где а и b — величины постоянные для каждой конкретной измери­тельной схемы и независящие от Rt.

достоинства уравновешенных мостов: неза­висимость показаний от изменения напряжения питания мостовой схемы, линейность статической характеристик т = f(Rt). И недоста­ток: сильная зависимость показаний от изменения сопротивления линий Rл.

Влияние изме­нения сопротивления линии можно уменьшить, включением сопро­тивлений линий в смежные (соседние) плечи моста. Это достигается применением трехпроводной схемы подключения ТС к автоматиче­скому мосту.