Lyginamasis metodas su matu

Matavimo technologijoje dažnai naudojamas tikslumui gerinti skirtas metodas, pagrįstas išmatuoto dydžio vertės palyginimu su specialiu matu atkuriamo kiekio verte. Tokiu atveju matuojamas skirtingas (diferencinis) signalas, o kadangi matavimas dažniausiai turi mažą paklaidą, užtikrinamas didelis matavimo tikslumas.

Šis metodas yra matavimo tiltelių ir potenciometrų veikimo pagrindas.

Paprastai matu atkuriama reikšmė koreguojama, o matavimo metu jos reikšmė nustatoma tiksliai lygi išmatuotos vertės reikšmei.

Matuojant tiltus, kaip tokia priemonė yra naudojamos varžos - reokordai, kurių pagalba subalansuojama šiluminio keitiklio varža, kuri kinta kintant objekto temperatūrai.

Matavimo potenciometruose dažniausiai naudojamas stabilus įtampos šaltinis su reguliuojama išvestimi. Atliekant matavimus, naudojant tokio šaltinio įtampą, kompensuojamas jutiklio sukurtas EML. Šiuo atveju šis matavimo metodas vadinamas kompensavimu.

Abiem atvejais sekančių prietaisų (prietaisų) užduotis yra tik registruoti išmatuotos reikšmės ir mato lygybės faktą, todėl jiems keliami reikalavimai gerokai sumažėja.

Temperatūros nustatymas matuojant tiltelius

Kaip pavyzdį apsvarstykite matavimo tiltelio veikimo principą rankiniu režimu.

1a paveiksle parodyta tilto grandinė, skirta matuoti tam tikro objekto temperatūrą Θ, kad būtų galima valdyti OR (arba matuoti OI). Tokios grandinės pagrindas yra uždara keturių rezistorių RTC, Rp, Rl, R2 grandinė, sudaranti vadinamąsias tilto svirtis. Šių rezistorių sujungimo taškai vadinami viršūnėmis (a, b, c, d), o linijos, jungiančios priešingas viršūnes (a-b, c-d) – tilto įstrižainėmis. Viena iš įstrižainių (c-d, 1.a pav.) yra maitinama maitinimo įtampa, kita (a-b) yra matavimo arba išėjimo. Tokia grandinė vadinama tiltu, kuris suteikia pavadinimą visam matavimo prietaisui.

RTC rezistorius yra pirminis temperatūros matavimo keitiklis (termistorius), esantis arti matavimo objekto (dažnai jo viduje) ir prijungtas prie matavimo grandinės naudojant iki kelių metrų ilgio laidus.

Pagrindinis reikalavimas tokiam šiluminiam keitikliui yra jo aktyviosios varžos RTC tiesinė priklausomybė nuo temperatūros reikiamame matavimo diapazone:

čia R0 yra nominali šiluminio keitiklio varža esant Θ0 temperatūrai (paprastai Θ0 = 20 °C):

α — temperatūros koeficientas, priklausantis nuo šiluminio keitiklio medžiagos.

Dažniausiai naudojami metalo termistoriai TCM (varis) ir TSP (platina) kartais vadinami metalo termistoriais (MTP).

Kintamasis rezistorius Rp yra aukšto tikslumo reokordas (matavimas), aptartas aukščiau ir skirtas kintamajam RTC subalansuoti. Rezistoriai R1 ir R2 užbaigia tilto grandinę. Esant lygioms jų varžoms R1 = R2, tilto grandinė vadinama simetriška.

Be to, Fig. 1.a pavaizduotas nulinis įtaisas (NP), skirtas tilto pusiausvyrai fiksuoti, ir rodyklė su skale, sugraduota Celsijaus laipsniais.

Ryžiai. 1. Temperatūros matavimas matuojant tiltelius: a) rankiniu režimu; b) automatiniu režimu

Iš elektrotechnikos žinoma, kad tilto pusiausvyros (pusiausvyros) sąlyga realizuojama, kai tilto priešingų atšakų varžų sandauga yra lygi, t.y. atsižvelgiant į laidų, jungiančių jutiklį, varžą:

čia Rp = Rp1 + Rp2 yra laidų varžų suma; arba simetriniam tiltui (R1 = R2)

Šiuo atveju matavimo įstrižainėje nėra įtampos, o nulinis įtaisas rodo nulį.

Pasikeitus objekto temperatūrai Θ, pasikeičia RTC jutiklio varža, sutrinka pusiausvyra, ją reikia atkurti judant slankiojančio laido slankiklį.

Tokiu atveju kartu su slankikliu rodyklė judės išilgai skalės (punktyrinės linijos 1.a pav. žymi mechaninį ryšį tarp slankiklio ir rodyklės).

Rodmenys atliekami tik pusiausvyros momentais, todėl tokios grandinės ir prietaisai dažnai vadinami subalansuotais matavimo tilteliais.

Pagrindinis matavimo grandinės trūkumas, parodytas fig. 1.a, yra klaida, kurią sukelia laidų varža Rp, kuri gali skirtis priklausomai nuo aplinkos temperatūros.

Šią klaidą galima pašalinti naudojant trijų laidų jutiklio prijungimo būdą (žr. 1.b pav.).

Jo esmė slypi tame, kad trečiojo laido pagalba tiekimo įstrižainės viršutinė «c» perkeliama tiesiai į šiluminę varžą, o likę du laidai Rп1 ir Rп2 yra skirtingose ​​gretimose atšakose, t.y. simetrinio tilto pusiausvyros būsena transformuojama taip:

Taigi, norint visiškai pašalinti klaidą, pakanka naudoti tuos pačius laidus (Rp1 = Rp2), jungiant jutiklį prie tilto grandinės.

Automatinė temperatūros reguliavimo sistema

Norint įgyvendinti automatinio matavimo režimą (1b pav.), prie matavimo įstrižainės vietoj nulinio įrenginio pakanka prijungti fazei jautrų stiprintuvą (U) ir reversinį variklį (RD) su pavarų dėže.

Priklausomai nuo objekto temperatūros pokyčio pobūdžio, riedėjimo takas judins RP slankiklį viena ar kita kryptimi, kol bus nustatyta pusiausvyra. Įtampa per a-b įstrižainę išnyks ir variklis sustos.

Be to, variklis perkels indikatoriaus rodyklę ir registratorių (PU), jei reikia, kad įrašytų rodmenis diagramos juostelėje (DL). Grafikos juostą pastoviu greičiu varo sinchroninis variklis (SM).

Automatinio valdymo teorijos požiūriu šis matavimo įrenginys yra automatinio valdymo (SAK) temperatūros sistema ir priklauso servo sistemų su neigiamu grįžtamuoju ryšiu klasei.

Grįžtamojo ryšio funkcija atliekama mechaniškai prijungus variklio veleną RD prie įrašo Rp. Nustatytasis taškas yra TC termopora. Šiuo atveju tilto grandinė atlieka dvi funkcijas:

1. lyginamasis įrenginys

2.keitiklis (ΔR į ΔU).

Įtampa ΔU yra klaidos signalas

Atbulinės eigos variklis yra vykdomasis elementas, o išėjimo reikšmė yra 1 rodyklės (arba įrašymo vieneto) judėjimas, nes kiekvieno SAC tikslas yra pateikti informaciją apie valdomą vertę žmogui patogia forma.

Tikroji KSM4 matavimo tiltelio grandinė (2 pav.) yra šiek tiek sudėtingesnė nei parodyta fig. 1.b.

Rezistorius R1 yra įrašas - didelės elektrinės varžos laidas, apvyniotas ant izoliuoto laido. Judantis variklis slysta ant slydimo laido ir varine magistrale lygiagrečiai slydimo vielai.

Siekiant sumažinti variklio trumpalaikės kontaktinės varžos įtaką matavimo tikslumui, dvi slankiojančios vielos dalys, atskirtos nuo variklio, yra įtrauktos į skirtingas tilto atšakas.

Likusių rezistorių paskirtis:

• R2, R5, R6 – manevras, norint pakeisti matavimo ribas arba skalės diapazoną,

• R3, R4 — nustatyti (pasirinkti) temperatūrą skalės pradžioje,

• R7, R9, P10 — užbaigti tilto grandinę;

• R15 – reguliuoti skirtingų tilto atšakų laidų Rп varžų vienodumą,

• R8 — apriboti termistoriaus srovę;

• R60 — apriboti stiprintuvo įėjimo srovę.

Visi rezistoriai pagaminti iš manganino vielos.

Tiltas maitinamas kintamąja įtampa (6,3 V) iš specialios tinklo transformatoriaus apvijos.

Stiprintuvas (U) – fazei jautri kintamoji srovė.

Vykdomasis reversinis variklis (RD) yra dviejų fazių indukcinis variklis su įmontuota pavarų dėže.

Ryžiai. 2. KSM4 įrenginio schema vieno kanalo temperatūros matavimo režimu.