Принципиальная электрическая схема КСП – 4.

Измерительный блок

 

 

 

в R₁

R₂

R₄ R₅ R₆

R₃ R₈R₁₁ +И_-R₇

D c

R₉aR₁₀

Сф₁Сф₂ Rф₂ Сф₃

Д У

Д У Rф₁ RФ₃ Сф₄

 

 

Т

R₁ – сопротивление реохорда

R₂ – сопротивление шунта подгонки реохорда 90Ом

R₃ – сопротивление для подгонки значения начала шкалы

R₄ – сопротивление 1 Ом в виде куска проволоки для точной подгонки

R₅ – сопротивление для подгонки конечного значения шкалы

R₆ – сопротивление 1 Ом в виде куска проволоки для точной подгонки конца шкалы

R₇ – сопротивление мостовой схемы для установки рабочего тока верхней ветви равного 3 мА

R₈ – сопротивление балласта для настройки рабочего тока ИПС равного 5 мА

R₉ – медное сопротивление для введения поправки на температуру свободных концов термопары (поправка автоматическая)

R₁₀ – Сопротивление контрольное. При протекании по нему тока в 2 мА падение напряжения на нем составит 1,019 В. Подключив к нему образцовый вольтметр можно проверить исправность всех сопротивлений мостовой схемы.

R₁₁ – балластное сопротивление переменное для точной настройки тока ИПС равного 5 мА

Rф₁ – сопротивление фильтра

Rф₂ – сопротивление фильтра

Rф₃ - сопротивление фильтра

Сф₁ – конденсатор фильтра

Сф₂ – конденсатор фильтра

Сф₃ – конденсатор фильтра

Сф₄ – конденсатор фильтра

Фильтр необходим для того чтобы сгладить всевозможные помехи, возникающие за счет электромагнитной индукции при прокладке проводов вблизи от действующих электроустановок, двигателей и т.п.

Все сопротивления мостовой схемы кроме R₉выполняются из манганина или конетантана.

R₁+R₂+R₅+R₆вместе составляют такое сопротивление, при котором при протекании тока в 3мА создается падение напряжения 51,08÷53,035мВ на реохорде, равное или чуть больше ЭДС термопары, для того, чтобы падение напряжения на реохорде (изменяемое) могло компенсировать изменение ЭДС термопары.

Ток верхней ветви мостовой схемы составляет 3 мА, а нижней 2 мА.

R₁,R2 – общее 90 Ом

R₃ – 4, 3 Ом

R_4, R₅ – подгоночные по 1 Ом

R₆ – 21 Ом

R₇ – 323 Ом

R₈ – 790 Ом

R₉ – 8,52 Ом

R₁₀ – 509, 5 Ом

R₁₁ – 15 Ом переменное

Сф₁ – К150-12 20мкФ25В или 50мкФ25В

Сф₂ – МБГО-1 20мкФ160В

Сф₃, Сф₄ – МБГО-1 10мкФ160В

Rф₁ – 160 Ом

Rф_2, Rф₃ – по 320 Ом

Работа прибора.

Данный прибор является неуравновешенным мостом. В приборе используется два источника питания: ИПС и термопара. Поэтому для компенсации термо ЭДС необходимо присутствие разности потенциалов между точками а и в. Поэтому мостовая схема является неуравновешенной.

От источника питания И по мостовой схеме течет ток силой в 5МА. В точке С этот ток разветвляется на два тока. Ток проходит по верхней ветви схемы иравен 3МА, по нижней 2МА. Проходя через резисторы ток, создает определенное падение напряжения на них. Но так как положение движка реохорда можно изменять, перемещая его вправо или влево, то можно изменять величину потенциала в точке в. Потенциал же в точке, а остается неизменным, если не изменяется температура свободных концов термопары. Сопротивления мостовой схемы R₁, R₂, R₅, R₆ подобраны таким образом, чтобы при перемещении движка реохорда потенциал на нем мог измениться от нуля до значения максимальной ТЭДС, или падение напряжения на реохорде было равным максимально развиваемой термопарой ТЭДС. Лишь в этом случае разность потенциалов в точках а и в сможет полностьюкомпенсировать ЭДС термопары.

Усилитель в данной схеме является нуль индикатором.

Допустим, что ЭДС термопары превысила разность потенциалов между точками а и в. В таком случае ток термопары превысит ток мостовой схемы и по схеме, состоящей из R₁, R₂, R₅, R₉, У потечёт ток, направленный от плюсового вывода термопары к минусовому. В входной цепи усилителя У появится сигнал в виде протекающего в определенном направлении тока. Усилитель выработает выходной сигнал на двигатель. Количество шестеренок двигателя Д подобраны таким образом, чтобы вращение двигателя перемещало движок реохорда в сторону уменьшения разности между ЭДС термопары и разности потенциалов а, в (в данном случае движок перемещается вправо. Потенциал на нем увеличивается, а значит, увеличивается разность потенциалов между точками а и в до тех пор, пока не станет равным ЭДС термопары. Когда они сравняются, то во входной цепи усилителя исчезнет сигнал разбаланса, и он остановит двигатель).

Если же ЭДС термопары станет меньше разности потенциалов а, в, то ток мостовой схемы превысит ток термопары. Он будет направлен от точке в к точке а, то есть в сторону противоположную предыдущему случаю, а значит в входной цепи усилителя появится входной сигнал другого направление. Направление вращения двигателя зависит от направления входного сигнала в усилителе, а значит, будет перемещать движок реохорда влево. При этом потенциал на движке уменьшается, а значит, уменьшается разность потенциалов до наступления равновесия.

Медное сопротивление R₉может изменять величину потенциала в точке, а оно находится в непосредственной близости от места подключения свободных концов термопары. Так как ТДЭС зависит от разности температур горячего спая и свободных концов, то для точности измерения необходимо либо стабилизировать температуру свободных концов либо ввести в схему измерения поправку. Стабилизировать температуру свободных концов термопары в промышленных условиях довольно затруднительно, поэтому вводят поправку. Известно, что сопротивление подводника зависит от температуры. Сопротивление R₉ рассчитано таким образом, чтобы изменение падения напряжения на нем при изменении температуры компенсировано изменение ТДЭС.

 

Уравновешенные мосты.

Пример приведен на КОМ – 4

0 - 100°С

Градуировка 50 М

R₁ – реохорд – 90 Ом

R₂ – шунт -

R₃ –настройка начала шкалы – 4,5 ± 0,1 Ом

R₄,Rs – точная настройка (спиральки) – по 1 Ом

R₆ – настройка конца шкалы – 22,2 ± 0,1 Ом

R₇ – сопротивление мостовой схемы - 300 ± 2 Ом

R₈ – токоограничивающий резистор – 450 ± 2 Ом

R₉ – сопротивление мостовой схемы -300 ± 1,5 Ом

R₁₀ – сопротивление мостовой схемы – 72,5 ± 0,1 Ом

Rт – термометр сопротивления – 50 Ом при 0°С

У

Д

 

А

R₁

R₂

R₅ R₆

R₄ R₇

R₃ + и _ R₈

 

 

R₉ R₁₀

 

R_т

 

 

В

 

 

Работа моста аналогична работе потенциометра. Включение термометра производится по трехпроводной схеме для уменьшения влияния изменения сопротивления соединительных проводов при изменении температуры окружающей среды на точность измерения. При таком соединении одинаковые сопротивления попадают в противоположные плечи моста, что оказывает заметно меньшее влияние на равновесие моста.

 

 

Уравновешенные мосты.

Мост сопротивления представляет собой набор сопротивлений, включенный особым образом. Мост называется уравновешенным, если: одно из сопротивлений можно определить по значению других сопротивлений при отсутствии тока в гальванометре, включенном в одну из диагоналей моста.

 

 

 

R₁ R₂

а

Б Г

в

R₃R₄

 

Источником тока служит батарея Б. Если между сопротивлениями (плечами моста) устанавливается соотношение R₁: R₂=R₃:R₄ то разность потенциалов Uав между точками а и в (вершинами моста) равна нулю и ток через гальванометр Г протекать не будет.

Если же меняется одно из сопротивлений, например R₄то мост можно уравновесить изменением других сопротивлений R₁, R₂или R_3. На схеме уравновешивание достигается при помощи переменного сопротивления R₃. Искомое сопротивление R₄ можно найти из соотношения:

или

Отсюда видим что

Если знаем что R₁, R₂остаются неизменны, то:

Если вместо R₄подключить термометр сопротивления то таким мостом можно измерить температуру, поскольку сопротивление термометра пропорционально температуре. Каждому значению температуры в равновесном состоянии должно соответствовать определенное положение движка реохорда, а значит можно установить шкалу, а движок реохорда соединить с указателем, перемещающимся по шкале.

При изменении температуры по данной схеме необходимо непрерывно следить за положением стрелки гальванометра и при отключении ее от нулевого значения изменять сопротивление R_3. Эти операции могут быть автоматизированы, что и достигается в автоматических электронных уравновешенных мостах.

Уравновешенные мосты могут быть как постоянного, так и переменного тока.

 

Вторичные приборы.