Автоматичні мости і потенціометри

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автоматичні мости і потенціометри

Бажання виміряти і зареєструвати якусь електричну (чи неелектричну, але перетворену на електричну) величину з похибкою, що не перевищує 0,5 … 1,0 % від границі вимірювання приладу, спонукало до створення автоматичних реєструвальних потенціометрів і мостів. В енергетиці, зокрема на електричних станціях, ці прилади застосовують досить часто, бо саме вони дають можливість, крім точного своєчасного вимірювання фізичних величин, за певний час простежити за записом діаграми тенденцію зміни будь-якої вимірюваної величини, прогнозувати подальший хід процесу та при необхідності своєчасно втручатися в цей процес.

І автоматичні потенціометри, і автоматичні мости є приладами автоматичного врівноважування. Потенціометри зміною власної напруги врівноважують вимірювані напруги і ЕРС, а мости зміною величини власного опору врівноважують вимірюваний ними опір. На електричних станціях, де надзвичайно важливими є величини температур на різних ділянках технологічного процесу виробництва електричної енергії, ЕРС термопар звичайно вимірюють потенціометрами, градуйованими у градусах, а величини опорів термометрів опору - мостами.

Схему електронного автоматичного потенціометра, призначеного для вимірювань ЕРС термопар, зображено на рис. 1, a, загальний вигляд такого потенціометра (з прямокутною діаграмою, що записується на паперовій стрічці) показано на рис. 1, б.

На схемі рис. 1,а позначено Б - батарея хімічних елементів, що живить робоче коло потенціометра; НЕ - нормальний елемент; ВП - віброперетворювач напруги постійного струму в напругу змінного струму; РД - реверсивний двигун; ОЗ - обмотка збудження двигуна; ОУ - обмотка управління двигуна; ЕП - електронний підсилювач; С - конденсатор; П - перемикач режиму роботи потенціометра (положення: В - вимір ЕРС термопари; К - контроль робочого струму потенціометра); Т - термопара, ЕРС якої вимірюється і реєструється потенціометром; R_pc - змінний резистор робочого струму потенціометра; R_не - резистор, що спричиняє падіння напруги у робочому колі потенціометра, яке порівнюється з ЕРС нормального елемента; R_к - резистор компенсації температурної похибки термопари через відмінність зовнішньої температури від нормальної температури «холодних» кінців термопари; R_р - реохорд; R_ш - регульований резистор; R - додатковий резистор.

Потенціометр живиться від мережі змінного стуму частотою 50 Гц і призначений для безперервної роботи впродовж невизначеного часу. Після першого ж умикання його в мережу змінного струму і приєднання до нього термопари, ЕРС котрої необхідно вимірювати і записувати як температуру, що контролюється нею (для такого випадку шкалу потенціометра градуюють у градусах температури), перемикач П встановлюють у положення К («контроль»). При цьому механічна передача від двигуна РД вмикається на переміщення рухомого контакту змінного резистора R_рс. Якщо падіння напруги на резисторі R_не не дорівнюватиме ЕРС нормального елемента НЕ, то різниця між ними, перетворювачем ВП, буде підсилена електронним підсилювачем ЕП і передана на обмотку управління ОУ двигуном РД. Від цього ротор двигуна почне діяти й переміщувати рухомий контакт резистора R_рс, величина опору якого буде змінюватись так щоб струм змінювався до величини, за якої різниця між падінням напруги на резисторі R_не і ЕРС нормального елемента зменшувалась майже до нуля. Тоді двигун РД зупиниться і перемикач П можна переводити у положення В («Вимір»). При такому положенні перемикача роз`єднується механічний зв`язок між рухомим контактом резистора R_рс і двигуном РД, але створюється подібний механічний зв`язок між цим двигуном і рухомим контактом реохорда R_р.

Електрична схема у цьому положенні перемикача П з`єднається на порівняння величини ЕРС термопари Т та напруги, що є на резисторах R_к, R₀ та на частині реохорда. Різниця між вказаними ЕРС і напругою через контакти перемикача П надходить на віброперетворювач, де перетворюється у напругу змінного струму. Ця напруга, після підсилення її електронним підсилювачем ЕП, живить обмотку управління ОУ двигуна РД, ротор якого, обертаючись. Пересуває рухомий контакт реохорда R_р у бік зменшення різниці між ЕРС термопари і компенсуючої її напруги. Рух контакту реохорда R_р триває доти, доки зникне різниця між вимірюваною ЕРС термопари і компенсуючої її напругою на R_к, R₀ і частині реохорда R_р. далі ця слідкуюча система стежитиме за величиною ЕРС термопари і пересуватиме рухомий контакт реохорда R_р (а з ним і покажчик значення температури, яка оточує термопару, а також і пристрій для писання , що креслить залежність цієї температури від часу на рухомій паперовій стрічці чи на паперовому диску).

Двигун РД, застосовуваний у подібних потенціометрах, може створювати великий обертовий момент, на відміну від реєстру вальних приладів, де покажчик і пристрій для писання пересуваються завдяки дії обертового моменту, створеного вимірювальним механізмом. Тут використано пристрій для писання, що може мати значний момент опору тертя - стрижень від кулькової ручки, надійно притиснутий до паперу.

Як відомо, величина ЕРС термопари залежить від різниці температур - вимірюваної та температури «холодних» кінців термопари. Тому зміна температури довкілля, де містяться вказані «холодні» кінці термопари, повинна впливати на точність вимірювання температури у місці, де міститься власне вимірювальний кінець термопари, якщо не вжито заходів для компенсації впливу температури довкілля на її вимірювання.

В електронному автоматичному потенціометрі така компенсація є, для чого у схему потенціометра ввімкнено два резистори R₀ і R_к. Резистор R₀ - звичайний, виготовлений з манганінового дроту, опір якого практично не залежить від температури довкілля. Резистор R_к виготовлено з дроту, опір якого змінюється зі зміною температури довкілля. Якщо температура така, що вважається нормальною (наприклад, 20 ⁰С), то величина падіння напруг на цих резисторах однакові й напрямлені протилежно. Тому величина напруги між точками А і В схеми дорівнюватиме нулю. У цьому разі ЕРС термопари буде точно компенсовано напругою U_вд, що знімається рухомим контактом реохорда, а положення стрілки приладу і самописного пристрою відповідатимуть дійсному значенню температури, контрольованої термопарою. Коли температура довкілля відхилиться від номінальної, опір резистора R_к змінить свою величину, й величини падіння напруг на резисторах R₀ і R_к вже не будуть однаковими. ЕРС термопари також відрізнятиметься від попередньої хоч контрольована температура залишилася незмінною. У цьому разі поява різниці напруг U_АБ і U_БВ має компенсувати зміну ЕРС термопари так, щоб показання на шкалі приладу і положення пристрою для писання лишилися тими самими, що й раніше.

Автоматичні реєструвальні мости дещо простіші за потенціометри, бо не потребують ні нормального елемента, ні точного виставлення робочого струму, ні перетворювача постійного струму на змінний, бо працюють при живленні вимірювального кола змінним струмом при невеликій напрузі (меншій 10 В). ці мости розраховано на роботу з термометрами опору, тобто з резисторами, виконаними з дроту, що має значну величину температурного коефіцієнта питомого опору. Звичайно це мідь, нікель чи платина. Мідні термометри опору можуть успішно працювати при температурах, що не перевищують 150 ⁰С, нікелеві - до 300 ⁰С, платинові - до 900 ⁰С.

Схему автоматичного електронного врівноваженого моста наведено на рис. 2, де R₁, R₂, R₃ - резистори вимірювального моста; R_р - реохорд, R_ш - резистор для початкового підрегулювання величини опору між точками А і Б (наприклад, при встановленні нового реохорда R_p) до необхідної величини; R_л1, R_л2 - резистори для підгонки величин опорів лінії з`єднання моста з термометром опору; R_т - термометр опору; ЕП - електронний підсилювач; РД - ротор реверсивного двигуна; ОУ - обмотка управління реверсивного двигуна; С - конденсатор; СДП - синхронний двигун обертання паперової діаграми пристрою реєстрації ПР (де запис виконується на стрічці - це двигун механізму протягування паперової стрічки).

В автоматичних мостах механічну передачу від реверсивного двигуна до рухомого контакту реохорда завжди ввімкнено. Її не перемикають на виконання якихось інших функцій (як у потенціометрах).

Кожний міст, випущений із виробництва, налагоджено на певний діапазон вимірювання температури з використання певного типу термометра опору.

При невідповідності показань покажчика мосту дійсній температурі між точками В і Г вимірювального мосту діятиме деяка напруга, яка, після збільшення підсилювачем ЕП, приведе до обертання двигуна РД у напрямі переміщення рухомого контакту реохорда (разом з покажчиком і пристроєм запису) до положення рівноваги мосту. Після врівноважування мосту двигун зупиниться, бо на його обмотку управління ОУ напруга не надходитиме. Далі рух поновлюватиметься лише після зміни величини опору R_т при зміні величини температури в місці розташування термометра опору. За безперервного руху паперового носія інформації (паперового диска або паперової стрічки) пристрій для писання викреслюватиме залежність температури від часу.

автоматичний потенціометр міст термопара

Література

· О.Г.Шаповаленко, В.М.Бондар «Основи електричних вимірювань» 2002р.

Размещено на Allbest.ru