Primerjalna metoda z mero

V merilni tehniki se za izboljšanje točnosti pogosto uporablja metoda, ki temelji na primerjavi vrednosti merjene veličine z vrednostjo količine, ki jo poustvari posebna mera. V tem primeru se meri različni (diferenčni) signal in ker ima meritev običajno majhno napako, je zagotovljena visoka merilna natančnost.

Ta metoda je osnova delovanja merilnih mostov in potenciometrov.

Običajno se vrednost, ki jo reproducira merilo, prilagodi, v procesu merjenja pa se njena vrednost nastavi točno na vrednost izmerjene vrednosti.

Pri merjenju mostov se kot tako merilo uporabljajo upori - reohordi, s pomočjo katerih se uravnoteži upor toplotnega pretvornika, ki se spreminja ob spremembi temperature objekta.

Pri merilnih potenciometrih se običajno uporablja stabilen vir napetosti z reguliranim izhodom. Med meritvami se z uporabo napetosti takega vira kompenzira EMF, ki ga ustvari senzor. V tem primeru se ta metoda merjenja imenuje kompenzacija.

V obeh primerih je naloga naslednjih naprav (naprav) le registracija dejstva enakosti izmerjene vrednosti in merila, zato so zahteve zanje bistveno zmanjšane.

Določanje temperature z merilnimi mostovi

Kot primer upoštevajte načelo delovanja merilnega mostu v ročnem načinu.

Slika 1a prikazuje mostično vezje za merjenje temperature Θ določenega predmeta za nadzor OR (ali merjenje OI). Osnova takega vezja je zaprto vezje štirih uporov RTC, Rp, Rl, R2, ki tvorijo tako imenovane krake mostu. Priključne točke teh uporov se imenujejo oglišča (a, b, c, d), premice, ki povezujejo nasprotna oglišča (a-b, c-d), pa se imenujejo diagonale mostu. Ena od diagonal (c-d, slika 1.a) je napajana z napajalno napetostjo, druga (a-b) pa je merilna ali izhodna. Takšno vezje imenujemo most, kar daje ime celotni merilni napravi.

RTC upor je primarni temperaturni merilni pretvornik (termistor), ki se nahaja v neposredni bližini merilnega predmeta (pogosto znotraj njega) in je povezan z merilnim vezjem z žicami, dolgimi do nekaj metrov.

Glavna zahteva za tak toplotni pretvornik je linearna odvisnost njegovega aktivnega upora RTC od temperature v zahtevanem merilnem območju:

kjer je R0 nazivni upor toplotnega pretvornika pri temperaturi Θ0 (običajno Θ0 = 20 ° C):

α — temperaturni koeficient, odvisen od materiala toplotnega pretvornika.

Najpogosteje uporabljeni kovinski termistorji TCM (baker) in TSP (platina), se včasih imenujejo kovinski termistorji (MTP).

Spremenljivi upor Rp je visoko natančen reohord (meritev), o katerem smo razpravljali zgoraj, in služi za uravnoteženje spremenljivega RTC. Upora R1 in R2 zaključujeta mostično vezje. V primeru enakosti njihovih uporov R1 = R2 se mostno vezje imenuje simetrično.

Poleg tega sl. 1.a prikazuje ničelno napravo (NP) za fiksiranje ravnotežja mostu in puščico s skalo, graduirano v stopinjah Celzija.

riž. 1. Merjenje temperature z merilnimi mostovi: a) v ročnem načinu; b) v samodejnem načinu

Iz elektrotehnike je znano, da je pogoj ravnotežja (ravnovesja) mostu realiziran, ko je zmnožek uporov nasprotnih krakov mostu enak, to je ob upoštevanju upora žic, ki povezujejo senzor:

kjer je Rp = Rp1 + Rp2 vsota žičnih uporov; ali za simetrični most (R1 = R2)

V tem primeru v merilni diagonali ni napetosti in ničelna naprava kaže ničlo.

Ko se spremeni temperatura Θ objekta, se spremeni upor senzorja RTC, poruši se ravnotežje, ki ga je treba vzpostaviti s premikanjem drsnika drsne žice.

V tem primeru se bo skupaj z drsnikom puščica premikala po skali (črtkane črte na sliki 1.a označujejo mehansko povezavo med drsnikom in puščico).

Odčitki se izvajajo samo v trenutkih ravnovesja, zato se takšna vezja in naprave pogosto imenujejo uravnoteženi merilni mostovi.

Glavna pomanjkljivost merilnega vezja, prikazanega na sl. 1.a, je prisotnost napake, ki jo povzroča upornost žic Rp, ki se lahko spreminja glede na temperaturo okolja.

To napako je mogoče odpraviti s trižičnim načinom priključitve senzorja (glej sliko 1.b).

Njegovo bistvo je v tem, da se s pomočjo tretje žice zgornji «c» napajalne diagonale premakne neposredno na toplotni upor, preostali dve žici Rп1 in Rп2 pa sta v različnih sosednjih krakih, tj. stanje ravnovesja simetričnega mostu se transformira na naslednji način:

Tako je za popolno odpravo napake dovolj, da pri priključitvi senzorja na mostično vezje uporabite iste žice (Rp1 = Rp2).

Samodejni sistem za nadzor temperature

Za izvedbo avtomatskega načina merjenja (slika 1b) je dovolj, da namesto ničelne naprave na merilno diagonalo priključimo fazno občutljiv ojačevalnik (U) in reverzibilni motor (RD) z menjalnikom.

Glede na naravo spremembe temperature objekta bo vozna steza premikala drsnik RP v eno ali drugo smer, dokler se ne vzpostavi ravnovesje. Napetost na diagonali a-b bo izginila in motor se bo ustavil.

Poleg tega bo motor po potrebi premaknil kazalec indikatorja in snemalnik (PU), da zabeleži odčitke na traku (DL). Grafično vrstico s konstantno hitrostjo poganja sinhronski motor (SM).

Z vidika teorije avtomatske regulacije je ta merilna naprava sistem avtomatske regulacije (SAK) temperature in spada v razred servo sistemov z negativno povratno zvezo.

Povratna funkcija se doseže z mehansko povezavo gredi motorja RD z zapisom Rp. Nastavljena točka je termočlen TC. V tem primeru mostno vezje opravlja dve funkciji:

1. primerjalna naprava

2.pretvornik (ΔR v ΔU).

Napetost ΔU je signal napake

Reverzni motor je izvršilni element, izhodna vrednost pa je gibanje 1 puščice (ali snemalne enote), saj je namen vsakega SAC zagotoviti informacije o nadzorovani vrednosti v obliki, primerni za človeško zaznavo.

Dejansko vezje merilnega mostu KSM4 (slika 2) je nekoliko bolj zapleteno od tistega, prikazanega na sl. 1.b.

Upor R1 je rekord - žica visokega električnega upora, navita na izolirano žico. Premični motor drsi po drsni žici in čez bakreno vodilo, vzporedno z drsno žico.

Da bi zmanjšali vpliv prehodnega kontaktnega upora motorja na točnost meritve, sta dva dela drsne žice, ločena od motorja, vključena v različna kraka mostu.

Namen preostalih uporov:

• R2, R5, R6 — manever, za spremembo merilnih meja ali obsega lestvice,

• R3, R4 — za nastavitev (izbor) temperature na začetku lestvice,

• R7, R9, P10 — zaključite mostično vezje;

• R15 — prilagoditi enakost uporov žic Rп na različnih krakih mostu,

• R8 — za omejitev toka termistorja;

• R60 — za omejitev vhodnega toka ojačevalnika.

Vsi upori so izdelani iz manganinske žice.

Most se napaja z izmenično napetostjo (6,3 V) iz posebnega navitja omrežnega transformatorja.

Ojačevalnik (U) — fazno občutljiv AC.

Izvršilni reverzibilni motor (RD) je dvofazni indukcijski motor z vgrajenim reduktorjem.

riž. 2. Shema naprave KSM4 v enokanalnem načinu merjenja temperature.