Mètode comparatiu amb mesura

En la tecnologia de mesura, sovint s'utilitza un mètode per millorar la precisió, que es basa en comparar el valor de la quantitat mesurada amb el valor de la quantitat reproduïda per una mesura especial. En aquest cas, es mesura el senyal diferent (diferencial) i com que la mesura sol tenir un petit error, s'assegura una gran precisió de mesura.

Aquest mètode és la base del funcionament de ponts de mesura i potenciòmetres.

Normalment, el valor reproduït per la mesura s'ajusta i, en el procés de mesura, el seu valor s'estableix exactament igual al valor del valor mesurat.

Quan es mesuren ponts, s'utilitzen resistències com a mesura: reocords, amb l'ajuda dels quals s'equilibra la resistència del transductor tèrmic, que canvia quan canvia la temperatura de l'objecte.

En els potenciòmetres de mesura s'acostuma a utilitzar una font de tensió estable amb una sortida regulada. En el curs de les mesures, utilitzant la tensió d'aquesta font, es compensa l'EMF generat pel sensor. En aquest cas, aquest mètode de mesura s'anomena compensació.

En ambdós casos, la tasca dels següents dispositius (dispositius) és només registrar el fet de la igualtat del valor mesurat i la mesura, per tant, els requisits per a ells es redueixen significativament.

Determinació de la temperatura mitjançant ponts de mesura

Com a exemple, considereu el principi de funcionament del pont de mesura en mode manual.

La figura 1a mostra un circuit pont per mesurar la temperatura Θ d'un determinat objecte per controlar OR (o mesurar OI). La base d'aquest circuit és un circuit tancat de quatre resistències RTC, Rp, Rl, R2, que formen els anomenats braços de pont. Els punts de connexió d'aquestes resistències s'anomenen vèrtexs (a, b, c, d), i les línies que connecten vèrtexs oposats (a-b, c-d) s'anomenen diagonals del pont. Una de les diagonals (c-d, figura 1.a) s'alimenta amb tensió d'alimentació, l'altra (a-b) és de mesura o sortida. Aquest circuit s'anomena pont, que dóna nom a tot el dispositiu de mesura.

La resistència RTC és un transductor primari de mesura de temperatura (termistor) situat molt a prop de l'objecte de mesura (sovint dins d'aquest) i connectat al circuit de mesura mitjançant cables de fins a diversos metres de llarg.

El requisit principal per a aquest convertidor tèrmic és la dependència lineal de la seva resistència activa RTC de la temperatura en el rang de mesura requerit:

on R0 és la resistència nominal del convertidor tèrmic a la temperatura Θ0 (normalment Θ0 = 20 ° C):

α — coeficient de temperatura en funció del material del convertidor tèrmic.

Els termistors metàl·lics més utilitzats TCM (coure) i TSP (platí), de vegades s'anomenen termistors metàl·lics (MTP).

La resistència variable Rp és el reocorde (mesura) d'alta precisió comentat anteriorment i serveix per equilibrar la RTC variable. Les resistències R1 i R2 completen el circuit del pont. En cas d'igualtat de les seves resistències R1 = R2, el circuit pont s'anomena simètric.

A més, la FIG. 1.a mostra un dispositiu nul (NP) per a la fixació de l'equilibri del pont i una fletxa amb una escala graduada en graus centígrads.

Arròs. 1. Mesura de la temperatura mitjançant ponts de mesura: a) en mode manual; b) en mode automàtic

Des de l'enginyeria elèctrica se sap que la condició d'equilibri (equilibri) del pont es realitza quan el producte de les resistències dels braços oposats del pont és igual, és a dir, tenint en compte la resistència dels cables que connecten el sensor:

on Rp = Rp1 + Rp2 és la suma de les resistències del cable; o per a pont simètric (R1 = R2)

En aquest cas, no hi ha tensió a la diagonal de mesura i el dispositiu zero indica zero.

Quan la temperatura Θ de l'objecte canvia, la resistència del sensor RTC canvia, l'equilibri es pertorba i s'ha de restaurar movent el control lliscant del cable lliscant.

En aquest cas, juntament amb el control lliscant, la fletxa es mourà al llarg de l'escala (les línies de punts de la figura 1.a denoten la connexió mecànica entre el control lliscant i la fletxa).

Les lectures només es fan en moments d'equilibri, per això aquests circuits i dispositius sovint s'anomenen ponts de mesura equilibrats.

El principal desavantatge del circuit de mesura que es mostra a la fig. 1.a, és la presència d'un error provocat per la resistència dels cables Rp, que pot variar en funció de la temperatura ambient.

Aquest error es pot eliminar utilitzant un mètode de tres fils per connectar el sensor (vegeu la figura 1.b).

La seva essència rau en el fet que amb l'ajuda del tercer cable, la «c» superior de la diagonal de subministrament es mou directament a la resistència tèrmica, i els dos cables restants Rп1 i Rп2 es troben en diferents braços adjacents, és a dir. l'estat d'equilibri d'un pont simètric es transforma de la següent manera:

Així, per eliminar completament l'error, n'hi ha prou amb utilitzar els mateixos cables (Rp1 = Rp2) en connectar el sensor al circuit del pont.

Sistema automàtic de control de temperatura

Per implementar el mode de mesura automàtic (Fig. 1b), n'hi ha prou amb connectar un amplificador sensible a la fase (U) i un motor reversible (RD) amb una caixa de canvis a la diagonal de mesura en lloc d'un dispositiu zero.

Depenent de la naturalesa del canvi de temperatura de l'objecte, la pista de rodament mourà el control lliscant RP en una direcció o l'altra fins que s'estableixi l'equilibri. La tensió a la diagonal a-b desapareixerà i el motor s'aturarà.

A més, el motor mourà el punter indicador i la gravadora (PU) si cal per registrar les lectures a la tira de gràfics (DL). La barra gràfica és impulsada a una velocitat constant per un motor síncron (SM).

Des del punt de vista de la teoria del control automàtic, aquesta instal·lació de mesura és un sistema de control automàtic de temperatura (SAK) i pertany a la classe dels servosistemes amb retroalimentació negativa.

La funció de retroalimentació s'aconsegueix connectant mecànicament l'eix del motor RD al registre Rp. El punt de consigna és el termoparell TC. En aquest cas, el circuit pont realitza dues funcions:

1. dispositiu comparador

2.convertidor (ΔR a ΔU).

La tensió ΔU és un senyal d'error

El motor inversor és un element executiu i el valor de sortida és el moviment d'1 fletxa (o unitat de gravació), ja que l'objectiu de cada SAC és proporcionar informació sobre el valor controlat en una forma convenient per a la percepció humana.

El circuit real del pont de mesura KSM4 (Fig. 2) és una mica més complicat que el que es mostra a la Fig. 1.b.

La resistència R1 és un record: un cable d'alta resistència elèctrica enrotllat sobre un cable aïllat. El motor mòbil llisca sobre el cable lliscant i per un bus de coure paral·lel al cable lliscant.

Per tal de reduir la influència de la resistència de contacte transitòria del motor en la precisió de la mesura, dues parts del cable lliscant, separades del motor, s'inclouen en diferents braços del pont.

Propòsit de les resistències restants:

• R2, R5, R6 — maniobra, per canviar els límits de mesura o el rang d'escala,

• R3, R4 — per establir (seleccionar) la temperatura al principi de l'escala,

• R7, R9, P10 — completar el circuit del pont;

• R15 — per ajustar la igualtat de resistències dels cables Rп en diferents braços del pont,

• R8 — per limitar el corrent del termistor;

• R60 — per limitar el corrent d'entrada de l'amplificador.

Totes les resistències estan fetes de filferro de manganina.

El pont s'alimenta amb tensió alterna (6,3 V) d'un bobinat especial del transformador de xarxa.

Amplificador (U) — AC sensible a la fase.

El motor reversible executiu (RD) és un motor d'inducció bifàsic amb una caixa de canvis integrada.

Arròs. 2. Esquema del dispositiu KSM4 en mode de mesura de temperatura d'un sol canal.