Összehasonlító módszer mértékkel

A méréstechnikában gyakran alkalmaznak olyan módszert a pontosság javítására, amely a mért mennyiség értékének összehasonlításán alapul egy speciális mértékkel reprodukált mennyiség értékével. Ebben az esetben a különböző (differenciális) jelet mérik, és mivel a mérés általában kis hibával jár, nagy mérési pontosság biztosított.

Ez a módszer a mérőhidak és potenciométerek működésének alapja.

Általában a mérés által reprodukált értéket módosítják, és a mérés során az értéke pontosan megegyezik a mért érték értékével.

A hidak mérésekor ellenállásokat használnak ilyen mértékként - reokordokat, amelyek segítségével kiegyensúlyozzák a hőátalakító ellenállását, amely az objektum hőmérsékletének változásával változik.

A mérőpotenciométerekben általában stabil, szabályozott kimenetű feszültségforrást használnak. A mérések során egy ilyen forrás feszültségének felhasználásával kompenzálják az érzékelő által generált EMF-et. Ebben az esetben ezt a mérési módszert kompenzációnak nevezzük.

Az alábbi eszközök (készülékek) feladata mindkét esetben csak a mért érték és a mérték egyenlőségének tényét regisztrálni, ezért a velük szemben támasztott követelmények jelentősen csökkennek.

Hőmérséklet meghatározása hidak mérésével

Példaként vegye figyelembe a mérőhíd kézi üzemmódban történő működésének elvét.

Az 1a. ábra egy hídáramkört mutat egy bizonyos objektum Θ hőmérsékletének mérésére az OR vezérlésére (vagy az OI mérésére). Az ilyen áramkör alapja egy négy RTC, Rp, Rl, R2 ellenállásból álló zárt áramkör, amelyek az úgynevezett hídkarokat alkotják. Ezen ellenállások csatlakozási pontjait csúcsoknak (a, b, c, d), az ellentétes csúcsokat (a-b, c-d) összekötő vonalakat pedig a híd átlóinak nevezzük. Az egyik átló (c-d, 1.a ábra) tápfeszültséggel van ellátva, a másik (a-b) mérő vagy kimenet. Az ilyen áramkört hídnak nevezik, amely a teljes mérőeszköz nevét adja.

Az RTC ellenállás egy primer hőmérsékletmérő átalakító (termisztor), amely a mérési objektum közvetlen közelében (gyakran annak belsejében) helyezkedik el, és legfeljebb több méter hosszú vezetékekkel csatlakozik a mérőáramkörhöz.

Az ilyen hőátalakító fő követelménye az aktív ellenállásának RTC lineáris függése a hőmérséklettől a kívánt mérési tartományban:

ahol R0 a hőátalakító névleges ellenállása Θ0 hőmérsékleten (általában Θ0 = 20 °C):

α — hőmérsékleti együttható a hőátalakító anyagától függően.

A leggyakrabban használt TCM (réz) és TSP (platina) fémtermisztorokat néha fémtermisztoroknak (MTP) is nevezik.

Az Rp változtatható ellenállás a fentebb tárgyalt nagy pontosságú reochord (mérés), és az RTC változó kiegyensúlyozására szolgál. Az R1 és R2 ellenállások kiegészítik a híd áramkörét. Ellenállásuk R1 = R2 egyenlősége esetén a hídáramkört szimmetrikusnak nevezzük.

Ezen túlmenően a 3. ábra. Az 1.a egy nulleszközt (NP) mutat a híd egyensúlyának rögzítésére és egy nyilat Celsius-fokban beosztású skálával.

Rizs. 1. Hőmérsékletmérés hidak mérésével: a) kézi üzemmódban; b) automata üzemmódban

Az elektrotechnikából ismert, hogy a híd egyensúlyának (egyensúlyának) feltétele akkor valósul meg, ha a híd ellentétes karjainak ellenállásainak szorzata egyenlő, azaz figyelembe véve az érzékelőt összekötő vezetékek ellenállását:

ahol Rp = Rp1 + Rp2 a huzalellenállások összege; vagy szimmetrikus hídhoz (R1 = R2)

Ebben az esetben a mérőátlóban nincs feszültség, és a nullázó eszköz nullát mutat.

Az objektum Θ hőmérsékletének megváltozásakor az RTC érzékelő ellenállása megváltozik, az egyensúly megbomlik, és a csúszóhuzal csúszkájának mozgatásával kell helyreállítani.

Ebben az esetben a csúszkával együtt a nyíl a skála mentén mozog (az 1.a ábrán a szaggatott vonalak a csúszka és a nyíl közötti mechanikai kapcsolatot jelölik).

A leolvasás csak egyensúlyi pillanatokban történik, ezért az ilyen áramköröket és eszközöket gyakran kiegyensúlyozott mérőhídnak nevezik.

ábrán látható mérőkör fő hátránya. 1.a, az Rp vezetékek ellenállása által okozott hiba jelenléte, amely a környezeti hőmérséklettől függően változhat.

Ez a hiba kiküszöbölhető az érzékelő háromvezetékes csatlakoztatási módszerével (lásd 1.b ábra).

Lényege abban rejlik, hogy a harmadik vezeték segítségével a tápátló felső «c»-je közvetlenül a hőellenállásba kerül, a két megmaradt Rп1 és Rп2 vezeték pedig különböző szomszédos karokban van, azaz. szimmetrikus híd egyensúlyi állapotát a következőképpen alakítjuk át:

Így a hiba teljes kiküszöböléséhez elegendő ugyanazokat a vezetékeket (Rp1 = Rp2) használni az érzékelőnek a hídáramkörhöz való csatlakoztatásakor.

Automatikus hőmérséklet szabályozó rendszer

Az automatikus mérési mód (1b. ábra) megvalósításához elegendő egy fázisérzékeny erősítőt (U) és egy váltóműves reverzibilis motort (RD) csatlakoztatni a mérőátlóhoz nulla készülék helyett.

Az objektum hőmérséklet-változásának természetétől függően a gurulóút az RP csúszkát egyik vagy másik irányba mozgatja, amíg az egyensúly létre nem jön. Az a-b átlón lévő feszültség eltűnik, és a motor leáll.

Ezenkívül a motor mozgatja a visszajelző mutatót és a rögzítőt (PU), ha szükséges, hogy rögzítse a mért értékeket a diagramcsíkon (DL). A grafikus sávot egy szinkronmotor (SM) hajtja állandó sebességgel.

Ez a mérőberendezés az automatikus szabályozáselmélet szempontjából egy automatikus hőmérsékletszabályozó (SAK) rendszer, és a negatív visszacsatolású szervorendszerek osztályába tartozik.

A visszacsatoló funkció úgy valósul meg, hogy az RD motortengelyt mechanikusan csatlakoztatják az Rp rekordhoz. A beállítási pont a TC hőelem. Ebben az esetben a hídáramkör két funkciót lát el:

1. eszköz összehasonlítása

2.konverter (ΔR - ΔU).

A ΔU feszültség hibajel

Az irányváltó motor egy végrehajtó elem, a kimeneti érték pedig 1 nyíl (vagy rögzítőegység) mozgása, mivel az egyes SAC-ok célja, hogy az emberi érzékelésnek megfelelő formában információt adjanak a szabályozott értékről.

A KSM4 mérőhíd tényleges áramköre (2. ábra) valamivel bonyolultabb, mint az ábrán látható. 1.b.

Az R1 ellenállás egy rekord – egy nagy elektromos ellenállású vezeték, amely szigetelt vezetékre van feltekerve. A mozgatható motor a csúszóhuzalon és a csúszóhuzallal párhuzamosan egy réz buszon csúszik.

A motor tranziens érintkezési ellenállásának a mérés pontosságára gyakorolt ​​hatásának csökkentése érdekében a csúszóhuzal két, a motortól elválasztott része a híd különböző karjaiban található.

A fennmaradó ellenállások célja:

• R2, R5, R6 — manőver, a mérési határok vagy a skálatartomány megváltoztatásához,

• R3, R4 — a hőmérséklet beállítása (kiválasztása) a skála elején,

• R7, R9, P10 — fejezze be a hídkört;

• R15 – a híd különböző karjain lévő Rп vezetékek ellenállásának egyenlőségének beállítása,

• R8 – a termisztoráram korlátozása;

• R60 — az erősítő bemeneti áramának korlátozása.

Minden ellenállás manganinhuzalból készül.

A hidat a hálózati transzformátor speciális tekercséből származó váltakozó feszültség (6,3 V) táplálja.

Erősítő (U) – fázisérzékeny AC.

A végrehajtó reverzibilis motor (RD) egy kétfázisú indukciós motor, beépített sebességváltóval.

Rizs. 2. A KSM4 készülék vázlata egycsatornás hőmérsékletmérési módban.