Usporedna metoda s mjerom

U mjernoj tehnici često se koristi metoda za poboljšanje točnosti koja se temelji na usporedbi vrijednosti mjerene veličine s vrijednošću veličine reproducirane posebnom mjerom. U tom slučaju se mjeri drugačiji (diferencijalni) signal, a kako mjerenje obično ima malu pogrešku, osigurana je visoka točnost mjerenja.

Ova metoda je osnova rada mjernih mostova i potenciometara.

Obično se vrijednost koju mjeri mjerilo podešava, au procesu mjerenja postavlja se njezina vrijednost točno jednaka vrijednosti izmjerene vrijednosti.

Pri mjerenju mostova kao takva mjera koriste se otpori - reohordi, pomoću kojih se uravnotežuje otpor toplinskog pretvornika koji se mijenja promjenom temperature objekta.

U mjernim potenciometrima obično se koristi stabilni izvor napona s reguliranim izlazom. Tijekom mjerenja, pomoću napona takvog izvora, EMF koji generira senzor kompenzira se. U ovom slučaju, ova metoda mjerenja naziva se kompenzacija.

U oba slučaja zadatak sljedećih uređaja (uređaja) je samo registracija činjenice jednakosti izmjerene veličine i mjere, stoga su zahtjevi za njih značajno smanjeni.

Određivanje temperature mjernim mostovima

Kao primjer, razmotrite princip rada mjernog mosta u ručnom načinu rada.

Slika 1a prikazuje premosni krug za mjerenje temperature Θ određenog objekta za kontrolu OR (ili mjerenje OI). Osnova takvog sklopa je zatvoreni krug od četiri otpornika RTC, Rp, Rl, R2, koji tvore takozvane krakove mosta. Spojne točke ovih otpornika nazivaju se vrhovima (a, b, c, d), a linije koje spajaju suprotne vrhove (a-b, c-d) nazivaju se dijagonalama mosta. Jedna od dijagonala (c-d, sl. 1.a) se napaja naponom napajanja, druga (a-b) je mjerna ili izlazna. Takav strujni krug naziva se mostom, po čemu je cijeli mjerni uređaj dobio naziv.

RTC otpornik je primarni temperaturni mjerni pretvarač (termistor) smješten u neposrednoj blizini mjernog objekta (često unutar njega) i spojen na mjerni krug pomoću žica dugih do nekoliko metara.

Glavni zahtjev za takav toplinski pretvarač je linearna ovisnost njegovog aktivnog otpora RTC o temperaturi u potrebnom rasponu mjerenja:

gdje je R0 nazivni otpor toplinskog pretvarača na temperaturi Θ0 (obično Θ0 = 20 ° C):

α — temperaturni koeficijent ovisno o materijalu toplinskog pretvarača.

Najčešće korišteni metalni termistori TCM (bakar) i TSP (platina), ponekad se nazivaju i metalni termistori (MTP).

Varijabilni otpornik Rp je visokoprecizni reohord (mjerenje) o kojem se govori gore i služi za uravnoteženje varijable RTC. Otpornici R1 i R2 dovršavaju strujni krug mosta. U slučaju jednakosti njihovih otpora R1 = R2, strujni krug mosta naziva se simetričnim.

Osim toga, Sl. 1.a prikazuje nultu spravu (NP) za fiksiranje ravnoteže mosta i strelicu sa skalom graduiranom u stupnjevima Celzijusa.

Riža. 1. Mjerenje temperature mjernim mostovima: a) u ručnom načinu rada; b) u automatskom načinu rada

Iz elektrotehnike je poznato da se uvjet ravnoteže (ravnoteže) mosta ostvaruje kada je umnožak otpora suprotnih krakova mosta jednak, odnosno uzimajući u obzir otpore žica koje spajaju senzor:

gdje je Rp = Rp1 + Rp2 zbroj otpora žice; ili za simetrični most (R1 = R2)

U tom slučaju nema napona u mjernoj dijagonali i nulti uređaj pokazuje nulu.

Pri promjeni temperature Θ objekta mijenja se otpor RTC senzora, dolazi do poremećaja ravnoteže, koju je potrebno uspostaviti pomicanjem klizača klizne žice.

U tom slučaju, zajedno s klizačem, strelica će se kretati duž skale (točkaste linije na slici 1.a označavaju mehaničku vezu između klizača i strelice).

Očitavanja se vrše samo u trenucima ravnoteže, zbog čega se takvi sklopovi i uređaji često nazivaju uravnoteženi mjerni mostovi.

Glavni nedostatak mjernog kruga prikazanog na sl. 1.a, je prisutnost pogreške uzrokovane otporom žica Rp, koji može varirati ovisno o temperaturi okoline.

Ova pogreška se može otkloniti korištenjem trožilne metode spajanja senzora (vidi sliku 1.b).

Njegova bit leži u činjenici da se uz pomoć treće žice gornji «c» dovodne dijagonale pomiče izravno na toplinski otpor, a dvije preostale žice Rp1 i Rp2 nalaze se u različitim susjednim kracima, tj. stanje ravnoteže simetričnog mosta transformira se na sljedeći način:

Dakle, da biste u potpunosti uklonili pogrešku, dovoljno je koristiti iste žice (Rp1 = Rp2) pri spajanju senzora na krug mosta.

Automatski sustav kontrole temperature

Za realizaciju automatskog načina mjerenja (sl. 1b) dovoljno je umjesto nultog uređaja na mjernu dijagonalu spojiti fazno osjetljivo pojačalo (U) i reverzibilni motor (RD) s mjenjačem.

Ovisno o prirodi promjene temperature objekta, rulna staza će pomicati RP klizač u jednom ili drugom smjeru dok se ne uspostavi ravnoteža. Napon preko a-b dijagonale će nestati i motor će se zaustaviti.

Osim toga, motor će pomaknuti pokazivač indikatora i snimač (PU) ako je potrebno za snimanje očitanja na traci dijagrama (DL). Grafičku traku pokreće konstantna brzina pomoću sinkronog motora (SM).

Sa stajališta teorije automatske regulacije, ova mjerna instalacija je sustav automatske regulacije (SAK) temperature i pripada klasi servo sustava s negativnom povratnom spregom.

Funkcija povratne veze postiže se mehaničkim spajanjem osovine motora RD na zapis Rp. Zadana vrijednost je TC termoelement. U ovom slučaju, strujni krug mosta obavlja dvije funkcije:

1. uređaj za uspoređivanje

2.pretvarač (ΔR u ΔU).

Napon ΔU je signal greške

Motor za reverziju je izvršni element, a izlazna vrijednost je kretanje 1 strelice (ili jedinice za snimanje), budući da je svrha svakog SAC-a pružiti informacije o kontroliranoj vrijednosti u obliku pogodnom za ljudsku percepciju.

Stvarni krug mjernog mosta KSM4 (Sl. 2) malo je kompliciraniji od onog prikazanog na Sl. 1.b.

Otpornik R1 je rekord - žica visokog električnog otpora namotana na izoliranu žicu. Pomični motor klizi po žici klizača i preko bakrene sabirnice paralelne s žicom klizača.

Kako bi se smanjio utjecaj prijelaznog kontaktnog otpora motora na točnost mjerenja, dva dijela klizne žice, odvojena od motora, uključena su u različite krakove mosta.

Svrha preostalih otpornika:

• R2, R5, R6 — manevar, za promjenu granica mjerenja ili raspona skale,

• R3, R4 — za postavljanje (odabir) temperature na početku ljestvice,

• R7, R9, P10 — dovršite strujni krug mosta;

• R15 — za podešavanje jednakosti otpora žica Rp na različitim krakovima mosta,

• R8 — za ograničavanje struje termistora;

• R60 — za ograničavanje ulazne struje pojačala.

Svi otpornici su izrađeni od manganinske žice.

Most se napaja izmjeničnim naponom (6,3 V) iz posebnog namota mrežnog transformatora.

Pojačalo (U) — fazno osjetljiva izmjenična struja.

Izvršni reverzibilni motor (RD) je dvofazni indukcijski motor s ugrađenim mjenjačem.

Riža. 2. Shema uređaja KSM4 u jednokanalnom načinu mjerenja temperature.