Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии


Слайд 22. Компенсационная измерительная схема для термопар



 

Наиболее широко используется компенсационный метод измерения термо – э.д.с. Этот метод основан на компенсации неиз­вестной термо-э.д.с., развиваемой термопарой ТП, известным падением напряжения Up, создаваемым током от дополнительного источника питания Uп.

Замкнутый контур I содержит дополнительный источник Uп  и реохорд Rp. Реохорд представляет собой переменный резистор из тонкой калиброванной проволоки (выполненной из специального сплава), намотанной на цилиндрический стержень, и снабжённый подвижным контактом для изменения сопротивления. Этот контур называется компенсационным. Второй контур II (контур abcd) включает в себя термопару ТП, термо-э.д.с. EТП которой изме­ряется, чувствительный гальванометр, выполняющий функции нуль-индикатора (НИ), а также часть реохорда rp от точки d до подвижного контакта с движком реохорда. Источник измеряемой термо-э.д.с. EТП  включен встречно с дополнительным источником Uп так, что токи от обоих источников на участке rp  идут в одном направлении. Для контура abcd на основании второго закона Кирхгофа можно записать:

                                

или . Перемещая движок реохорда, можно добиться, чтобы ток, протекающий по НИ, равнялся нулю: I ни  = 0, тогда и напряжение U ни = 0, т.е.

                                 ,                                       

где IP  - рабочий ток в контуре II, равный

                                         .                                           

Тогда

                                                                                

Равенство нулю тока через НИ означает, что ток в контуре II не протекает, следовательно, потребления мощности от ТП не происходит, т.е.

                                        .                                   

Изменение сопротивления rp  на участке cd реохорда прямо пропорционально линейному перемещению движка реохорда Rp, т.е. измерительная шкала линейная и прибор можно проградуировать в единицах измерения термо-э.д.с. Для сохранения градуировки необходимо в равенстве обеспечить постоянство рабочего тока, т.е. . Для этого в схеме предусмотрен миллиамперметр мА без оцифрованных отметок и переменное балластное сопротивление RБ.

В термокомпенсирующем устройстве ТП включается последовательно с измерительной диагональю cd неуравновешенного моста с постоянными манганиновыми резисторами R1, R2, R3 и медным резистором RМ. При температуре свободных концов ТП  мост уравновешен и напряжение на его измерительной диагонали равно 0. Выходное напряжение Uвых равно

                                   .                                    

Скорректированное значение термо-э.д.с. равно

                          .                              

Таким образом, . Следовательно, выходное напряжение ТКУ равно скорректированному значению термо-э.д.с. , а напряжение на измерительной диагонали моста - поправке на температуру холодного спая ТП .

 

Слайд 23. Преобразователь термо-э.д.с. в унифицированный токовый

Сигнал

 

В основу работы нормирующего преобразователя термо-э.д.с. положен компенсационный метод измерения термо-э.д.с. с использованием схемы потенциометра с переменной силой рабочего тока. Схема состоит из двух контуров: измерительного  контура I и компенсационного контура II. Контур I содержит корректирующий мост КМ, усилитель У1 с токовым выходом Iвых и резистор Rкн. К контуру I подсоединена термопара AB. Корректирующий мост предназначен для введения автоматической поправки на изменение температуры свободного конца термопары, а также компенсации начальной термо-э.д.с. в преобразователях, нижний предел измерения которых не равен 0 0С. К диагонали ab питания моста подведено стабилизированное напряжение постоянного тока. Резисторы R1, R2 и R3 - манганиновые, резистор Rм – из медного провода. Усилитель У1  выполняет функции нуль - индикатора. Контур компенсации II включает в себя резистор Rкн и усилитель обратной связи У2. Этот усилитель аналогичен усилителю У1, но включен с глубокой отрицательной связью по выходному току усилителя. Выходной ток Iос усилителя У2 является рабочим током контура II; при прохождении этого тока по сопротивлению Rкн на нем со стороны контура II создается компенсирующее напряжение Uкн= IосRкн.    

Термо-э.д.с., развиваемая термопарой, равна , где θ и  температуры горячего и холодного концов термопары. Напряжение, снимаемое с измерительной диагонали КМ, равно термо-э.д.с., развиваемой термопарой при температуре окружающей среды: . Таким образом, на один вход усилителя У1 поступает суммарный сигнал, соответствующий значению термо-э.д.с., приведенному к 0 0С, и равный 

,

а на второй вход - напряжение Uкн. За счет усиленного сигнала небаланса, равного ∆ U = ЕАВ(θ, θ0) − Uкн, на выходе усилителя У1 создается ток Iвых, который поступает во внешнюю цепь Rвн и далее в усилитель обратной связи У2. Выходной ток Iос этого усилителя, создающий падение напряжения Uкн на резисторе  Rкн, будет изменяться до тех пор , пока небаланс U не достигнет некоторой малой величины δU, называемой статической ошибкой компенсации. Наличие этой ошибки приводит к тому, что в контуре измерения I проходит нескомпенсированный ток (чем больше измеряемая термо-э.д.с., тем больше этот ток).

Исключить эту ошибку в устройствах, выполненных по статической автокомпенсационной схеме, принципиально невозможно, так как выходной ток преобразователя Iвых и ток контура компенсации Iос определяются наличием этой ошибки и пропорциональны ей. В то же время статическая ошибка автокомпенсационной схемы может быть значительно уменьшена, если использовать усилитель с большим коэффициентом усиления.

Измеряемая термо-э.д.с. EAB(θ, θ0) связана с выходным током преобразователя I вых следующим образом.   Как уже отмечалось, напряжение небаланса на входе У1

                                .                                  

На выходах усилителей У1 и У2 формируются сигналы

                    

                                                                                     

где k1 и k2 – коэффициенты усиления усилителей У1 и У2; Iвх = ∆ U /Rвх – ток, создаваемый во входной цепи усилителя У1 сигналом ∆ U ; Rвх – сопротивление входной цепи усилителя У1. Падение напряжения на резисторе Rкн составит

                                                                    

Выходной ток можно найти как

                                                                             

где  - коэффициент преобразования нормирующего преобразователя; при k1 → ∞, k = 1/(k2Rкн). Таким образом, выходной токовый сигнал нормирующего преобразователя пропорционален скорректированному по температуре холодного конца сигналу термопары.

В зависимости от диапазона входного сигнала нормирующие преобразователи, работающие в комплекте с термопарой, имеют классы точности 0,6 - 1,5.

 


Поделиться:



Последнее изменение этой страницы: 2019-04-20; Просмотров: 266; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2024 год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! (0.018 с.)
Главная | Случайная страница | Обратная связь