Компенсационный метод измерения термо-ЭДС. Принцип действия автоматических потенциометров, работающих в комплекте с термоэлектрическими преобразователями (ТЭП).

 

Рисунок 7.5 Упрощенная схема автоматического потенциометра для измерения напряжения

Схема работает следующим образом.

Предположим, что при подключении к схеме измеряемого напряжения U_X, компенсирующее напряжение U_К = 0.

Тогда напряжение , поступающее на вход усилителя (У) будет равно U_X. Это напряжение усиливается и подается на реверсивный двигатель (Д), вал которого механически связан с подвижным контактом реохорда R. Вращаясь, вал двигателя перемещает подвижный контакт реохорда R, который связан с указателем отсчетного устройства.

Перемещение этого контакта осуществляется до тех пор, пока U_К=I_PR_P не станет равным U_X. При этом = U_X – U_К будет равно нулю, и вал двигателя перестанет вращаться и перемещение подвижного контакта реохорда прекратится.

Уравнение шкалы прибора в момент полной компенсации определяется выражением:

(7.2)

где - l линейное перемещение контакта реохорда (указателя); R - полное сопротивление реохорда; l_п - полная длина реохорда; I_P – рабочий ток.

Входное сопротивление компенсатора в условиях полной компенсации измеряемого значения (идеальный случай) равно бесконечности. Наличие пороговой чувствительности приводит к уменьшению входного сопротивления:

(7.3)

где U_П - пороговое напряжение схемы прибора, приведенное ко входу; R_ВХУС – входное сопротивление усилителя.U'_T

Причинами появления погрешности являются:

1) нестабильность обратного преобразователя;

2) порог чувствительности (зона нечувствительности)- обнаруживается в усилителе, двигателе, обслуживающем устройстве, обратном преобразователе. Наибольшую зону нечувствительности имеют двигатели;

3) дрейф нуля n-го звена.

Дрейф нуля (чаще в усилителе) вносит меньшую погрешность.

 

Преобразователи для ТЭП с унифицированным выходным сигналом. Назначение, принцип действия, область применения.

 

Унифицированный сигнал

Сигналы первичных преобразователей, как правило, очень малы. В промышленных условиях сильные электромагнитные помехи могут создавать паразитные сигналы, в сотни и тысячи раз превышающие полезные. Сильные токовые сигналы уровня 4-20 мА работают в низкоомных цепях, которые меньше подвержены такому влиянию. Для передачи токовых сигналов можно использовать соединительные провода, более дешевые по сравнению, например, с компенсационными. Требования к величине их сопротивления также могут быть снижены.

Применяется смещенный диапазон 4—20 мА, то есть наименьшее значение сигнала (например, 0) соответствует току 4 мА, а наибольшее — 20 мА. Таким образом весь диапазон допустимых значений занимает 16 мА.

Нулевое значение тока в цепи означает обрыв линии и позволяет легко диагностировать такую ситуацию.

Нормирующий преобразователь

При измерении физической величины (температуры, влажности, загазованности, pH и др.) датчики преобразуют её значение в ток, напряжение, сопротивление, ёмкость и т.д. (в зависимости от принципа работы датчика). Для того, чтобы привести выходной сигнал датчика к унифицированному сигналу используют нормирующие преобразователи.

Нормирующий преобразователь — устройство, приводящее сигнал первичного преобразователя к унифицированному сигналу тока или напряжения.

Так выглядит датчик температуры с нормирующим преобразователем:

 

Структурная схема нормирующего преобразователя

Преобразователь ТЭП подключается к зажимам термоэлектродными удлиняющими проводами TЭ1 и ТЭ2 (по составу они разные). Это сделано для того, чтобы вывести сво­бодные концы ТЭП к входным зажимам НП 1, 2, рядом с которыми внутри НП находится термочувствительный элемент, входящий в схему компенсации изменения термоЭДС при изменении темпера­туры свободных концов t₀ ТЭП. В простейшем случае схемой ком­пенсации является мостовая схема МТК. Одно из плеч моста состав­ляет медный резистор R_M при трех других неизменных резисторах R₁, R₂, R₃. При изменениях t₀ меняется термо­ЭДС. Эти изменения компенсируются сигналом небаланса моста U_{2 3}, который вызван изменением R_M в соответствии с изменением t₀. Скорректированная на t₀ термоЭДС ТЭП поступает на входной усилитель УС_ВХ, который и последующие элементы аналогичны эле­ментам преобразователей для ТС. Выходное напряжение усилителя УС_ВХ изменяется в пределах (0...1) В, независимо от пределов измере­ния (напряжение равно нулю на нижнем пределе измерения и 1 В — на верхнем).

Следующей ступенью является устройство гальванического раз­деления входных и выходных цепей НП (это повышает помехозащи­щенность измерительной линии, в которую включен НП); Ф — фильтр, обеспечивающий подавление помехи переменного напряже­ния. К выходу последнего подключен выходной усилитель с унифици­рованным выходным сигналом по току или напряжению (изображена схема для токового выходного сигнала). УС_ВЫХ представля­ет собой дифференциальный усилитель с большим коэффициентом усиления, на вход 1 которого поступает напряжение U_] с фильтра Ф (пропорциональный измеряемой термоЭДС), а на вход 2 — напряжение с резистора обратной связи Rос, равное (IвыхRос). Усилитель реагирует на разностный сигнал ΔU=U₁-I_выхR_ос и устанавливает такой ток, при котором ΔU=0.