Metodă comparativă cu măsură

În tehnologia de măsurare, este adesea folosită o metodă pentru a îmbunătăți acuratețea, care se bazează pe compararea valorii mărimii măsurate cu valoarea mărimii reproduse printr-o măsură specială. În acest caz, se măsoară semnalul diferit (diferențial) și, deoarece măsurarea are de obicei o mică eroare, se asigură o precizie ridicată a măsurării.

Această metodă stă la baza funcționării punților de măsură și potențiometrelor.

De obicei, valoarea reprodusă de măsură este ajustată, iar în procesul de măsurare, valoarea acesteia este setată exact egală cu valoarea valorii măsurate.

La măsurarea punților, ca atare măsură se folosesc rezistențe - reocorduri, cu ajutorul cărora se echilibrează rezistența traductorului termic, care se modifică la modificarea temperaturii obiectului.

O sursă de tensiune stabilă cu o ieșire reglată este de obicei utilizată în potențiometrele de măsurare. În cursul măsurătorilor, folosind tensiunea unei astfel de surse, EMF generat de senzor este compensat. În acest caz, această metodă de măsurare se numește compensare.

În ambele cazuri, sarcina următoarelor dispozitive (dispozitive) este doar de a înregistra faptul egalității valorii măsurate și a măsurii, prin urmare cerințele pentru acestea sunt reduse semnificativ.

Determinarea temperaturii prin măsurarea punților

Ca exemplu, luați în considerare principiul de funcționare a punții de măsurare în modul manual.

Figura 1a prezintă un circuit punte pentru măsurarea temperaturii Θ a unui anumit obiect pentru a controla OR (sau măsura OI). Baza unui astfel de circuit este un circuit închis de patru rezistențe RTC, Rp, Rl, R2, formând așa-numitele brațe de punte. Punctele de legătură ale acestor rezistențe se numesc vârfuri (a, b, c, d), iar liniile care leagă vârfuri opuse (a-b, c-d) se numesc diagonale ale punții. Una dintre diagonale (c-d, Fig. 1.a) este alimentată cu tensiune de alimentare, cealaltă (a-b) este de măsurare sau de ieșire. Un astfel de circuit se numește punte, care dă numele întregului dispozitiv de măsurare.

Rezistorul RTC este un traductor primar de măsurare a temperaturii (termistor) situat în imediata apropiere a obiectului de măsurat (adesea în interiorul acestuia) și conectat la circuitul de măsurare folosind fire de până la câțiva metri lungime.

Principala cerință pentru un astfel de convertor termic este dependența liniară a rezistenței sale active RTC de temperatura din domeniul de măsurare necesar:

unde R0 este rezistența nominală a convertorului termic la temperatura Θ0 (de obicei Θ0 = 20 ° C):

α — coeficient de temperatură în funcție de materialul convertorului termic.

Cele mai frecvent utilizate termistori metalici TCM (cupru) și TSP (platină), sunt uneori numiți termistori metalici (MTP).

Rezistorul variabil Rp este reocordul (măsurarea) de înaltă precizie discutat mai sus și servește la echilibrarea RTC variabilă. Rezistoarele R1 și R2 completează circuitul podului. În cazul egalității rezistențelor lor R1 = R2, circuitul de punte se numește simetric.

în plus, FIG. 1.a prezintă un dispozitiv nul (NP) pentru fixarea balanței podului și o săgeată cu o scară gradată în grade Celsius.

Orez. 1. Măsurarea temperaturii prin punți de măsurare: a) în regim manual; b) în regim automat

Din electrotehnică se știe că condiția de echilibrare (echilibru) a podului este realizată atunci când produsul rezistențelor brațelor opuse ale podului este egal, adică ținând cont de rezistența firelor care conectează senzorul:

unde Rp = Rp1 + Rp2 este suma rezistențelor firului; sau pentru punte simetrică (R1 = R2)

În acest caz, nu există tensiune în diagonala de măsurare și dispozitivul zero indică zero.

Când temperatura Θ a obiectului se modifică, rezistența senzorului RTC se modifică, echilibrul este perturbat și trebuie restabilit prin mișcarea glisorului firului de alunecare.

În acest caz, împreună cu glisorul, săgeata se va deplasa de-a lungul scalei (liniile punctate din Fig. 1.a indică legătura mecanică dintre glisor și săgeată).

Citirile se fac doar în momentele de echilibru, motiv pentru care astfel de circuite și dispozitive sunt adesea numite punți de măsurare echilibrate.

Principalul dezavantaj al circuitului de măsurare prezentat în fig. 1.a, este prezenta unei erori cauzate de rezistenta firelor Rp, care poate varia in functie de temperatura ambianta.

Această eroare poate fi eliminată prin utilizarea unei metode cu trei fire de conectare a senzorului (vezi Figura 1.b).

Esența sa constă în faptul că, cu ajutorul celui de-al treilea fir, „c” superior al diagonalei de alimentare este mutat direct la rezistența termică, iar cele două fire rămase Rп1 și Rп2 sunt în brațe adiacente diferite, adică. starea de echilibru a unei punți simetrice se transformă după cum urmează:

Astfel, pentru a elimina complet eroarea, este suficient să folosiți aceleași fire (Rp1 = Rp2) atunci când conectați senzorul la circuitul de punte.

Sistem automat de control al temperaturii

Pentru a implementa modul de măsurare automată (Fig. 1b), este suficient să conectați un amplificator sensibil la fază (U) și un motor reversibil (RD) cu o cutie de viteze la diagonala de măsurare în loc de un dispozitiv zero.

În funcție de natura schimbării de temperatură a obiectului, calea de rulare va deplasa cursorul RP într-o direcție sau alta până când echilibrul este stabilit. Tensiunea pe diagonala a-b va dispărea și motorul se va opri.

În plus, motorul va muta indicatorul indicator și înregistratorul (PU), dacă este necesar, pentru a înregistra citirile pe banda de diagramă (DL). Bara grafică este condusă la o viteză constantă de un motor sincron (SM).

Din punctul de vedere al teoriei controlului automat, această instalație de măsurare este un sistem de control automat al temperaturii (SAK) și aparține clasei de servosisteme cu feedback negativ.

Funcția de feedback se realizează prin conectarea mecanică a arborelui motor RD la înregistrarea Rp. Punctul de referință este termocuplul TC. În acest caz, circuitul de punte îndeplinește două funcții:

1. aparat comparator

2.convertor (ΔR în ΔU).

Tensiunea ΔU este un semnal de eroare

Motorul inversor este un element executiv, iar valoarea de ieșire este mișcarea unei săgeți (sau a unei unități de înregistrare), deoarece scopul fiecărui SAC este de a oferi informații despre valoarea controlată într-o formă convenabilă pentru percepția umană.

Circuitul propriu-zis al punții de măsurare KSM4 (Fig. 2) este puțin mai complicat decât cel prezentat în Fig. 1.b.

Rezistorul R1 este un record - un fir cu rezistență electrică mare înfășurat pe un fir izolat. Motorul mobil alunecă pe firul de glisare și pe o magistrală de cupru paralelă cu firul de glisare.

Pentru a reduce influența rezistenței de contact tranzitorie a motorului asupra preciziei măsurării, două părți ale firului de alunecare, separate de motor, sunt incluse în brațe diferite ale podului.

Scopul celorlalte rezistențe:

• R2, R5, R6 — manevră, pentru a modifica limitele de măsurare sau intervalul de scară,

• R3, R4 — pentru a seta (selecta) temperatura la începutul scalei,

• R7, R9, P10 — completează circuitul podului;

• R15 — pentru a regla egalitatea rezistențelor firelor Rп pe diferite brațe ale podului,

• R8 — pentru a limita curentul termistorului;

• R60 — pentru a limita curentul de intrare al amplificatorului.

Toate rezistențele sunt realizate din fire de manganin.

Podul este alimentat de tensiune alternativă (6,3 V) de la o înfășurare specială a transformatorului de rețea.

Amplificator (U) — AC sensibil la fază.

Motorul executiv reversibil (RD) este un motor cu inducție în două faze cu o cutie de viteze încorporată.

Orez. 2. Schema dispozitivului KSM4 în modul de măsurare a temperaturii cu un singur canal.