Srovnávací metoda s mírou

V měřicí technice se ke zlepšení přesnosti často používá metoda, která je založena na porovnávání hodnoty měřené veličiny s hodnotou veličiny reprodukované speciální mírou. V tomto případě je měřen rozdílný (diferenciální) signál, a protože měření má obvykle malou chybu, je zajištěna vysoká přesnost měření.

Tato metoda je základem činnosti měřicích můstků a potenciometrů.

Obvykle se hodnota reprodukovaná mírou upraví a v průběhu měření se její hodnota nastaví přesně na hodnotu naměřené hodnoty.

Při měření mostů se jako takové měřítko používají odpory - reochordy, pomocí kterých se vyrovnává odpor tepelného převodníku, který se mění při změně teploty předmětu.

V měřicích potenciometrech se obvykle používá stabilní zdroj napětí s regulovaným výkonem. V průběhu měření je pomocí napětí takového zdroje kompenzováno EMF generované snímačem. V tomto případě se tato metoda měření nazývá kompenzace.

V obou případech je úkolem následujících zařízení (přístrojů) pouze registrovat skutečnost rovnosti naměřené hodnoty a míry, proto jsou požadavky na ně výrazně sníženy.

Stanovení teploty měřícími můstky

Jako příklad uveďme princip fungování měřicího můstku v manuálním režimu.

Obrázek 1a ukazuje můstkový obvod pro měření teploty Θ určitého objektu pro řízení OR (neboli měření OI). Základem takového obvodu je uzavřený obvod čtyř rezistorů RTC, Rp, Rl, R2, tvořících tzv. můstková ramena. Připojovací body těchto rezistorů se nazývají vrcholy (a, b, c, d) a čáry spojující opačné vrcholy (a-b, c-d) se nazývají úhlopříčky můstku. Jedna z úhlopříček (c-d, obr. 1.a) je napájena napájecím napětím, druhá (a-b) je měřicí nebo výstupní. Takový obvod se nazývá můstek, který dává název celému měřicímu zařízení.

RTC rezistor je primární převodník pro měření teploty (termistor) umístěný v těsné blízkosti měřeného objektu (často uvnitř něj) a připojený k měřicímu obvodu pomocí vodičů o délce až několika metrů.

Hlavním požadavkem na takový tepelný převodník je lineární závislost jeho aktivního odporu RTC na teplotě v požadovaném rozsahu měření:

kde R0 je jmenovitý odpor tepelného měniče při teplotě Θ0 (obvykle Θ0 = 20 °C):

α — teplotní koeficient v závislosti na materiálu tepelného měniče.

Nejčastěji používané kovové termistory TCM (měď) a TSP (platina) se někdy nazývají kovové termistory (MTP).

Proměnný odpor Rp je vysoce přesný reochord (měření) diskutovaný výše a slouží k vyvážení proměnné RTC. Rezistory R1 a R2 doplňují obvod můstku. V případě rovnosti jejich odporů R1 = R2 se můstkový obvod nazývá symetrický.

Kromě toho Obr. 1.a znázorňuje nulové zařízení (NP) pro fixaci vyvážení můstku a šipku se stupnicí odstupňovanou ve stupních Celsia.

Rýže. 1. Měření teploty měřícími můstky: a) v ručním režimu; b) v automatickém režimu

Z elektrotechniky je známo, že podmínka pro rovnováhu (rovnováhu) můstku je realizována, když je součin odporů protilehlých ramen můstku stejný, tedy s přihlédnutím k odporu vodičů, které spojují snímač:

kde Rp = Rp1 + Rp2 je součet odporů drátu; nebo pro symetrický můstek (R1 = R2)

V tomto případě není na měřicí diagonále žádné napětí a nulový přístroj ukazuje nulu.

Při změně teploty Θ předmětu se změní odpor RTC snímače, naruší se rovnováha a ta musí být obnovena pohybem jezdce posuvného drátu.

V tomto případě se bude šipka spolu s jezdcem pohybovat po stupnici (tečkované čáry na obr. 1.a označují mechanické spojení jezdce a šipky).

Odečty se provádějí pouze v okamžicích rovnováhy, proto se takové obvody a zařízení často nazývají vyvážené měřicí můstky.

Hlavní nevýhodou měřicího obvodu znázorněného na Obr. 1.a, je přítomnost chyby způsobené odporem vodičů Rp, který se může měnit v závislosti na okolní teplotě.

Tuto chybu lze odstranit použitím třívodičového způsobu připojení snímače (viz obrázek 1.b).

Jeho podstata spočívá v tom, že pomocí třetího drátu se horní «c» napájecí úhlopříčky přesune přímo na tepelný odpor a dva zbývající dráty Rп1 a Rп2 jsou v různých sousedních ramenech, tzn. rovnovážný stav symetrického mostu se transformuje takto:

K úplnému odstranění chyby tedy stačí použít stejné vodiče (Rp1 = Rp2) při připojení snímače k ​​můstkovému obvodu.

Automatický systém regulace teploty

Pro realizaci automatického režimu měření (obr. 1b) stačí místo nulového zařízení připojit na měřicí úhlopříčku fázově citlivý zesilovač (U) a reverzní motor (RD) s převodovkou.

V závislosti na povaze změny teploty objektu bude pojezdová dráha pohybovat jezdcem RP v jednom nebo druhém směru, dokud nebude ustavena rovnováha. Napětí na diagonále a-b zmizí a motor se zastaví.

Kromě toho motor v případě potřeby pohne ukazatelem indikátoru a zapisovačem (PU), aby zaznamenával naměřené hodnoty na pruh grafu (DL). Grafická lišta je poháněna konstantní rychlostí synchronním motorem (SM).

Z hlediska teorie automatického řízení je toto měřící zařízení systémem automatického řízení teploty (SAK) a patří do třídy servosystémů s negativní zpětnou vazbou.

Zpětnovazební funkce se provádí mechanickým připojením hřídele motoru RD k záznamu Rp. Nastavená hodnota je termočlánek TC. V tomto případě můstkový obvod plní dvě funkce:

1. srovnávací zařízení

2.převodník (ΔR na ΔU).

Napětí ΔU je chybový signál

Reverzní motor je výkonným prvkem a výstupní hodnotou je pohyb 1 šipky (nebo záznamové jednotky), protože účelem každého SAC je poskytnout informaci o řízené hodnotě ve formě vhodné pro lidské vnímání.

Vlastní zapojení měřícího můstku KSM4 (obr. 2) je o něco složitější než na obr. 1.b.

Rezistor R1 je rechord — drát s vysokým elektrickým odporem navinutý na izolovaném drátu. Pohyblivý motor klouže po kluzném lanku a po měděné sběrnici rovnoběžně s kluzným lankem.

Aby se snížil vliv přechodového přechodového odporu motoru na přesnost měření, jsou v různých ramenech můstku umístěny dvě části posuvného drátu, oddělené od motoru.

Účel zbývajících rezistorů:

• R2, R5, R6 — manévr pro změnu mezí měření nebo rozsahu stupnice,

• R3, R4 — pro nastavení (výběr) teploty na začátku stupnice,

• R7, R9, P10 – dokončete můstkový obvod;

• R15 – pro nastavení rovnosti odporů vodičů Rп na různých ramenech mostu,

• R8 – pro omezení proudu termistoru;

• R60 — pro omezení vstupního proudu zesilovače.

Všechny rezistory jsou vyrobeny z manganinového drátu.

Most je napájen střídavým napětím (6,3 V) ze speciálního vinutí síťového transformátoru.

Zesilovač (U) — fázově citlivý střídavý proud.

Výkonný reverzní motor (RD) je dvoufázový indukční motor s vestavěnou převodovkou.

Rýže. 2. Schéma zařízení KSM4 v režimu jednokanálového měření teploty.