ТПС металлически. Принцип действия, стандартные градуировки, устройство, область применения, медные и платиновые ТПС, с токовым выходным сигналом.

Термометр сопротивления – комплект для измерения температуры, включающий термопреобразователь, основанный на зависимости электрического сопротивления от температуры, и вторичный прибор, показывающий значение температуры в зависимости от измеряемого сопротивления. По известной зависимости между сопротивлением термопреобразователя и температурой определяют значение тмпературы. Комплект термометра сопротивления состоит из термопреобразователя сопротивления, вторичного прибора (для измерения сопротивления) и соединительной линии.

ТПС применяются только в сочетании с другими средствами измерения. А погрешность включает погрешности всех средств с учетом возможной методической погрешности.

Требования:

- химическая стойкость

- высокая чувствительность (температурный коэффициент сопро­тивления и удельное сопротивление)

- линейность характеристики

- стабильность (постоянство во време­ни) и воспроизводимость (равенство для разных выплавок) характеристики.

Достоинства металлических: точность и взаимозаменяемость.

Платиновые (Pt): t=-26041100ºC (+) химическая стойкость (-) нелинейность характеристик t>0 R(t)=R0t(1+At+Bt2) t<0 R(t)=R0t(1+At+Bt2+Ct3(t-100)) t≈0 αt=392ºC-1 Классы точности A Δt=±(0.15+0.002t)ºC B Δt=±(0.3+0.005t)ºC C Δt=±(0.6+0.008t)ºC Проволока d=0.05;0.1мм → малый ток (2мА), чтобы не грелась и не искажались показания, выводов может быть 2,3,4.

Медные (Cu): t=-2004200ºC (-)химическая нестойкость (+) линейность характеристик при значительном αt=4.28∙10-3 d=0.1мм (катушка) Верхний предел ограничен стойкостью изоляции Классы точности A Δt=±(0.15+0.0015t)ºC B Δt=±(0.25+0.0035t)ºC C Δt=±(0.5+0.0065t)ºC Из-за малого удельного сопротивления требуется много проволки, это увеличивает размеры и ухудшает динамические свойства.

 

25.Уравновешенные и неуравновешенные мосты, их сравнительная характе­ристика, 2х и 3х проводные схемы подключения ТПС.

 

Мосты делятся на: 1) уравновешенные; 2) неуравновешенные.

1). Состояние моста при котором U_вых = 0 - уравновешенное. Для уравновешенного моста при измерениях Rх используется известное переменное сопротивление.

Если U_вых = 0 то и Iип = 0, через Rx и Rм – ток I₁, а через R₁ и R₂ – I₂.

Следовательно RxI₁ = R₁I₂ и RмI₁ = R₂I₂.

Условие равновесия моста – RxR₂ = R₁Rм.

R1 R2 – плечи соотношения, определяют масштаб уравновешенного сопротивления магазина.

«+»:

- независимость результата измерения от напряжения питания;

- линейная зависимость Rx от Rм;

- измерительный прибор выполняет функции нуль-прибора.

 

Погрешность расчёта сопротивления определяется чувствительностью нуль прибора. На чувствительность моста влияет напряжение питания.

Для двухпроводной схемы:

(R_t + 2R_л)R₂ = R₁R_м

При изменении температуры меняется R_t и R_л, что ведёт к дополнительной погрешности. Для ёё снижения используется 3х проводная схема. Переход: источник питания отключить от а и третьим проводом подсоединить к е.

Для 3х проводной схемы:

(R_t + R_л)R₂ = Rм(R₁+R_л), R_t = RмR₁/R₂ + Rм/R₂R_л – R_л.

Видно что при Rм = R₂ погрешность будет отсутствовать.

 

2). В неуравновешенных мостах напряжение измерительной диагонали изменяется с изменением измеряемого сопротивления. Широко используются в различных типах преобразователей неэлектрических величин. При постоянном напряжении U_пит с изменением сопротивления Rх изменяется напряжение Uвых. По известной градуировочной хар-ке Uвых = f (Rх) можно определить значение Rx.

Uвых = RxI₁ – R₁I₂ I₁ = Uпит/(Rx + R₃) I₂ = Uпит/(R₁ + R₂)

 

Uвых = Uпит(RxR₂ – R₁R₃)/[(Rx + R₃)(R₁ + R₂)

«-»:

- нелинейная статическая хар-ка Uвых = f (Rх);

- зависимомть Uвых от Uпит, что требует стабилизации питания.

- погрешность моста не может быть меньше погрешности измеряющего Uвых.

(схема такая же как и у уравновешенного, но Rм = R₃ = const)

 

26.Автоматические уравновешенные мосты, логометры.

При изменении Rt уравновешивание производится автоматическим реверсивным двигателем, перемещающим движок реохорда Rp.

Реохорд - это проволочный резистор, витки которого равномерно распределены на изолированной шине определённой длины. Rp = const. На реохорде находится подвижной контакт – движок, при его перемещении меняются сопротивления плеч моста и происходит уравновешивание.

При любом изменении измеряемой температуры t движок устанавливается в новое положение равновесия автоматиче­ской системой следящего уравновешивания, состоящей из усили­теля УС, двигателя Д и кинематической связи от двигателя к движку (условно показана штрихом). В этой схеме усилитель играет роль индикатора нуля. Измерительная диагональ моста находится между точками 1 — 2, а диагональ питания 3 — 4, откуда условие равновесия примет вид

(R_t + r₂)R₂ = (Л₃ + r_x)R₁

Принцип действия моста состоит в следующем. Предположим, при исходной температуре термопреобразователя мост был сбалан­сирован, т.е. выходное напряжение моста AU в измерительной диа­гоналиравно нулю. Предположим, что измеряемая температура увеличилась, при этом возросло со­противление термопреобразователя R_t. Это приведет к разбалансу моста, так как первоначально (до начала перемещения движка) ока­жется, что

(R_t + r₂)R₂ > (R₃ + r₁)R₁

т.е. мостовая схема окажется неуравновешенной и на ее выходе поя­вится напряжение AU с фазой, определяющей направление смеще­ния движка реохорда. Напряжение AU усиливается с помощью УС, который включает двигатель. Двигатель через кинематическую связь начнет перемещать движок реохорда к положению равновесия мостовой схемы. В новом равновесном состоянии схемы напряже­ние на входе усилителя ДС исчезнет и двигатель остановится. Новое положение реохорда и связанного с ним указателя будет соответст­вовать новому значению температуры. Очевидно, что минималь­ному значению сопротивления, относящемуся к началу шкалы и ми­нимальному значению температуры, соответствует крайнее правое положение движка реохорда, r₂ = R и r₁ = 0. При конечном значе­нии шкалы, которому соответствует максимальное значение температуры и сопротивления Л,, движок реохорда находится в крайнем левом положении, при котором r₂ = 0 и r₁ = R_t

Схема автоматического уравновешенного моста (типов КСМ1, КСМ2), с включенным по двухпроводной схеме ТС (т.е. термопре­образователь ТС соединен с мостом двумя проводами)/Принцип действия остается прежним, но схема несколько усложнена. Реохорд R_p представляет собой проволочный резистор, имеющий строго определенное сопротивление (обычно 90 Ом, иногда 100 Ом), линейно распределенное на заданной длине, равной длине шкалы (100 мм для автоматических мостов КСМ1, 160 мм для мостов КСМ2 и 250 мм для КСМ4).

Реохорд имеет движок, который перемещается по проволочной намотке реохорда двигателем Д посредством кинематической связи (показана штрихом). Движок реохорда образует вершину моста а. С движком жестко связана показывающая стрелка, перемещающаяся по шкале. Параллельно реохорду включен резистор R_п, определяю­щий диапазон измерения моста. Сопротивление параллельного соединения R_р и R_п в дальнейшем обозначим R_пр (приведенное сопротивление). Резистор R_d определяет начало диапазона измере­ния. Последовательно с R_d и R_n включены подгоночные резисторы (на схеме не показаны), служащие для подгонки начала и конца диа­пазона (корректоры нуля и чувствительности). Резистор R₆ служит для ограничения тока через ТС, во избежание его нагрева рабочим током. Обычно, в качестве номинального принимается значение рабочего тока (2...2,5) мА. Питание моста осуществляется перемен­ным током от обмотки силового трансформатора.

Для анализа схемы необходимо определить вершины моста. Две вершины — это точки, к которым подключен усилитель — точки а и b. Через две другие вершины к мосту подводится напряжение — это точки с и Б₃. На рис. А₂, А₃, Б_1, Б₂, Б₃ — обозначение зажимов клеммной сборки внешних соединений реального прибора (располо­женных на задней стенке прибора), Т₁, Т₂ — зажимы термопреобразо­вателя. Таким образом, противолежащими являются плечи:

R_aБ3 = R_ae + R_d + R_t + R_л; R_bc = R₂; R_ac = R_af + R₃; R_Б3b = R₁

 

R_af — приведенное сопротивление участка реохорда правее движка,

R_ae — приведенное сопротивление участка реохорда левее движка.

Следовательно, мост будет уравновешен при выполнении сле­дующего условия:

R_aБ3 R_bc = R_ac R_Б3b

или

(R_ae + R_d + R_t + 2R_л)R₂ = (R_af + R₃)R₁

Долю сопротивления движка между крайним правым и текущим положением обозначим буквой т. Таким образом

R_пр = R_пR_р /(R_п + R_р)

Следовательно, часть приведенного сопротивления правее движка будет равна m R_пр, а левее движка равна (1 - m) R_пр.

Уравнение равновесия:

[(1-m)R_пр + R_d + R_t + 2R_л]R₂ = (mR_пр + R₃)R₁

Тогда легко можно получить уравнение статической характери­стики моста т =f(R_t). В обобщенном виде она имеет вид т = (R_t + 2R_л)a + b,

где а и b — величины постоянные для каждой конкретной измери­тельной схемы и независящие от R_t.

достоинства уравновешенных мостов: неза­висимость показаний от изменения напряжения питания мостовой схемы, линейность статической характеристик т = f(R_t). И недоста­ток: сильная зависимость показаний от изменения сопротивления линий R_л.

Влияние изме­нения сопротивления линии можно уменьшить, включением сопро­тивлений линий в смежные (соседние) плечи моста. Это достигается применением трехпроводной схемы подключения ТС к автоматиче­скому мосту.

 

Магнитоэлектрический логометр является одним из средств измерения, применяемых в ком­плекте с техническими термо­преобразователями сопротивле­ния для измерения температуры. Принцип действия логометра основан на измерении отноше­ния токов в двух электрических цепях. В одну из них включен термопреобразователь сопро­тивления, а в другую — рези­стор с постоянным сопротивле­нием. Cхема магнитоэлектрического логометра, состоящего из двух рамок: компенсирующей 1 и рабочей 2, жестко скрепленных друг с другом и со стрелкой 3 и помещенных в воздушном зазо­ре между полюсными наконеч­никами 4 и 5 постоянного маг­нита и неподвижным сердечни­ком 6.

Реальная схема магнит­ной системы. Зазор между по­люсными наконечниками и сердечником сделан нерав­номерным, и поэтому зна­чение магнитной индукции в разных точках зазора (при различном угле пово­рота рамок и стрелки) будет различным.

Воздушный зазор от центра к краям полюсных наконечников увеличивается и соответст­венно от центра к краям полюсных наконечников уменьшается маг­нитная индукция в зазоре.

Принципиально важно, что магнитное поле в зазоре неоднородно. Оно может увеличиваться от центра к краям, либо уменьшаться. В рассматриваемом случае принят второй вариант.

Обе рамки логометра питаются от одного источника постоянного тока Е и включены таким образом, что их вращающие моменты на­правлены навстречу друг другу. Значения вращающих моментов М₁ и М₂ можно определить из выражений:

момент компенсирующей рамки: М₁ = к₁В₁1₁;

момент рабочей рамки: М₂ = к₂В₂1₂

к₁, к₂ — коэффициенты, зависящие от размеров рамок и числа витков. Рамки у логометров одинаковые, поэтому к_х = к₂ = к. Подвижная система находится в равновесии, когда моменты М₁ = М₂, тогда B₁I₁ = B₂I₂

Отношение магнитных индукций В₂/B₁ для конкретной конструк­ции логометра зависит от положения рамок, т.е. однозначно опреде­ляется углом их поворота j.

Отношение токов I₁/I₂ зависит от сопротивлений резисторов двух ветвей цепи.

Обе ветви электрической цепи питаются параллельно от одного источника питания Е. Сопротивление одной из ветвей состоит из сопротивления компенсирующей рамки R_р1 и сопротивления доба­вочного резистора R₁.

Сопротивление другой ветви включает сопротивление второй рамки R_{p 2}, сопротивление добавочного резистора R₂ и сопротивле­ние термопреобразователя R_t.

Угол поворота подвижной системы, при котором моменты М₁ и М₂ будут равными (положение равновесия системы), зависит от сопротивления термопреобразователя и не зависит от на­пряжения питания.

27.Вторичные приборы РП-160.

Этот прибор для измерения термоЭДС. Отличительная способность приборов этого типа является наличие входного усилителя, выходной сигнал которого в пределах диапазона измерения меняется от 0 до 1 В постоянного напряжения.

ТЭП подключён к входным зажимам 1 и 2 РП термоэлектродными удлиняющими проводами ТЭ1 и ТЭ2 (по составу они разные). Такое подключения для того чтобы свободные концы ТЭП были на входных зажимах 1, 2 рядом с которыми находится встроенный в прибор элемент, реагирующий на изменение температуры свободных концов t₀. Этим эл-ом является медный резистор Rм, предназначенный для компенсации измерения термоЭДС при изменении температуры свободных концов. Сопротивление Rм = 10 Ом при 0 °С. Через него пропускается стабилизированный ток от стабилизированного источника.

Смысл введения поправки: при повышении температуры свободных концов уменьхается термоЭДС термопары на E(t₀, 0), но при этом увеличивается сопротивление Rм на DRм и падение напряжение на нём. Напряжение на входе усилителя и показания прибора не изменятся. Однако, даже при t₀ = 0 на Rм будет падение напряжения, которое суммируясь с термоЭДС термопары увеличит напряжение а входе усилителя и показания прибора. Чтобы это избежать в схеме входного усилителя есть схема коррекции нижнего предела измерения.

Основной элемент – реохорд Rр – линейный проволочный резистор определённого сопротивления, длина которого равна длине шкалы. На него подаётся стабилизированное напряжение 1 В. На суммирующий усилитель УС подаётся разность выходного напряжения входного усилителя и напряжение участка реохорда правее движка. Усилительный сигнал небаланса поступает на пусковую схему СУД шагового двигателя, которая определяет направление вращения двигателя и его скорость - она должна быть большей при большом разбалансе и меньшей при приближении к состоянию равновесия. Шаговый двигатель перемещает движок реохорда до такого положения, при котором напряжения входного усилителя и реохорда сравниваются. Предел допускаемой погрешности потенциометра по показаниям составляет +-0,5%, по регистрации +-1%.