Vergelijkende methode met maat

In de meettechniek wordt vaak een methode gebruikt om de nauwkeurigheid te verbeteren, die gebaseerd is op het vergelijken van de waarde van de gemeten grootheid met de waarde van de door een speciale maat weergegeven grootheid. In dit geval wordt het afwijkende (differentiële) signaal gemeten en aangezien de meting meestal een kleine fout bevat, is een hoge meetnauwkeurigheid gegarandeerd.

Deze methode is de basis van de werking van meetbruggen en potentiometers.

Gewoonlijk wordt de waarde die door de meting wordt gereproduceerd, aangepast en tijdens het meten wordt de waarde precies gelijk gesteld aan de waarde van de gemeten waarde.

Bij het meten van bruggen worden weerstanden als een dergelijke maat gebruikt - reochords, met behulp waarvan de weerstand van de thermische transducer wordt uitgebalanceerd, die verandert wanneer de temperatuur van het object verandert.

Bij het meten van potentiometers wordt meestal een stabiele spanningsbron met een gereguleerde uitgang gebruikt. Tijdens de metingen wordt met behulp van de spanning van een dergelijke bron de door de sensor gegenereerde EMF gecompenseerd. In dit geval wordt deze meetmethode compensatie genoemd.

In beide gevallen is de taak van de volgende apparaten (apparaten) alleen om het feit van gelijkheid van de gemeten waarde en de maat te registreren, daarom zijn de vereisten daarvoor aanzienlijk verminderd.

Bepaling van de temperatuur door het meten van bruggen

Beschouw als voorbeeld het werkingsprincipe van de meetbrug in handmatige modus.

Figuur 1a toont een brugschakeling voor het meten van de temperatuur Θ van een bepaald object om OR te besturen (of OI te meten). De basis van zo'n schakeling is een gesloten schakeling van vier weerstanden RTC, Rp, Rl, R2, die de zogenaamde brugarmen vormen. De verbindingspunten van deze weerstanden worden hoekpunten (a, b, c, d) genoemd en de lijnen die tegenoverliggende hoekpunten (a-b, c-d) verbinden, worden diagonalen van de brug genoemd. Een van de diagonalen (c-d, afb. 1.a) wordt gevoed met voedingsspanning, de andere (a-b) meet of voert uit. Zo'n schakeling wordt een brug genoemd, die de naam geeft aan het hele meetapparaat.

De RTC-weerstand is een primaire temperatuurmeetomvormer (thermistor) die zich dicht bij het meetobject (vaak daarbinnen) bevindt en is aangesloten op het meetcircuit met draden tot enkele meters lang.

De belangrijkste vereiste voor een dergelijke thermische omvormer is de lineaire afhankelijkheid van de actieve weerstand RTC van de temperatuur in het vereiste meetbereik:

waarbij R0 de nominale weerstand is van de thermische omvormer bij temperatuur Θ0 (meestal Θ0 = 20 ° C):

α — temperatuurcoëfficiënt afhankelijk van het materiaal van de thermische omvormer.

De meest gebruikte metalen thermistoren TCM (koper) en TSP (platina) worden ook wel metalen thermistoren (MTP) genoemd.

De variabele weerstand Rp is de hierboven besproken uiterst nauwkeurige rheochord (meting) en dient om de variabele RTC in evenwicht te brengen. Weerstanden R1 en R2 maken het brugcircuit compleet. In het geval van gelijkheid van hun weerstanden R1 = R2, wordt het brugcircuit symmetrisch genoemd.

Bovendien toont FIG. 1.a toont een nulapparaat (NP) voor het fixeren van de balans van de brug en een pijl met een schaalverdeling in graden Celsius.

Rijst. 1. Temperatuurmeting door meetbruggen: a) in handmatige modus; b) in automatische modus

Uit de elektrotechniek is bekend dat de evenwichtsvoorwaarde (evenwicht) van de brug wordt gerealiseerd wanneer het product van de weerstanden van de tegenoverliggende armen van de brug gelijk is, d.w.z. rekening houdend met de weerstand van de draden die de sensor verbinden:

waarbij Rp = Rp1 + Rp2 de som is van de draadweerstanden; of voor symmetrische brug (R1 = R2)

In dit geval is er geen spanning in de meetdiagonaal en geeft het nulapparaat nul aan.

Wanneer de temperatuur Θ van het object verandert, verandert de weerstand van de RTC-sensor, wordt de balans verstoord en moet deze worden hersteld door de schuif van de glijdende draad te verplaatsen.

In dit geval zal de pijl samen met de schuifregelaar langs de schaal bewegen (de stippellijnen in Fig. 1.a geven de mechanische verbinding tussen de schuifregelaar en de pijl aan).

Er worden alleen metingen gedaan op evenwichtsmomenten, daarom worden dergelijke circuits en apparaten vaak gebalanceerde meetbruggen genoemd.

Het grootste nadeel van het meetcircuit getoond in Fig. 1.a, is de aanwezigheid van een fout veroorzaakt door de weerstand van de draden Rp, die kan variëren afhankelijk van de omgevingstemperatuur.

Deze fout kan worden geëlimineerd door een driedraadsmethode te gebruiken om de sensor aan te sluiten (zie afbeelding 1.b).

De essentie ervan ligt in het feit dat met behulp van de derde draad de bovenste «c» van de toevoerdiagonaal rechtstreeks naar de thermische weerstand wordt verplaatst, en de twee resterende draden Rп1 en Rп2 zich in verschillende aangrenzende armen bevinden, d.w.z. de evenwichtstoestand van een symmetrische brug wordt als volgt getransformeerd:

Om de fout volledig te elimineren, volstaat het dus om dezelfde draden (Rp1 = Rp2) te gebruiken bij het aansluiten van de sensor op het brugcircuit.

Automatisch temperatuurregelsysteem

Om de automatische meetmodus te implementeren (Fig. 1b), volstaat het om een ​​fasegevoelige versterker (U) en een omkeerbare motor (RD) met een versnellingsbak op de meetdiagonaal aan te sluiten in plaats van een nulapparaat.

Afhankelijk van de aard van de temperatuurverandering van het object, zal de taxibaan de RP-slider in de ene of de andere richting bewegen totdat het evenwicht is bereikt. De spanning over de a-b diagonaal verdwijnt en de motor stopt.

Bovendien zal de motor indien nodig de indicatorwijzer en de recorder (PU) verplaatsen om de meetwaarden op de kaartstrook (DL) vast te leggen. De grafische balk wordt met een constante snelheid aangedreven door een synchrone motor (SM).

Vanuit het oogpunt van automatische regeltheorie is deze meetinstallatie een systeem van automatische regelregeling (SAK) temperatuur en behoort tot de klasse van servosystemen met tegenkoppeling.

De feedbackfunctie wordt bereikt door de motoras RD mechanisch te verbinden met de plaat Rp. Het instelpunt is het TC-thermokoppel. In dit geval vervult het brugcircuit twee functies:

1. apparaat vergelijken

2.omzetter (ΔR naar ΔU).

De spanning ΔU is een foutsignaal

De omkeermotor is een uitvoerend element en de uitvoerwaarde is de beweging van 1 pijl (of opname-eenheid), aangezien het doel van elke SAC is om informatie te verstrekken over de gecontroleerde waarde in een vorm die geschikt is voor menselijke waarneming.

De eigenlijke schakeling van de KSM4-meetbrug (afb. 2) is iets gecompliceerder dan die in afb. 1.b.

Weerstand R1 is een record - een draad met een hoge elektrische weerstand gewikkeld op een geïsoleerde draad. De beweegbare motor glijdt over de schuifdraad en over een koperen bus parallel aan de schuifdraad.

Om de invloed van de tijdelijke contactweerstand van de motor op de nauwkeurigheid van de meting te verminderen, zijn twee delen van de schuifdraad, gescheiden van de motor, opgenomen in verschillende armen van de brug.

Het doel van de resterende weerstanden:

• R2, R5, R6 — manoeuvre, om de meetlimieten of het schaalbereik te wijzigen,

• R3, R4 — om de temperatuur aan het begin van de schaal in te stellen (selecteren),

• R7, R9, P10 — voltooi het brugcircuit;

• R15 — om de gelijkheid van de weerstanden van de draden Rп op verschillende armen van de brug aan te passen,

• R8 — om de thermistorstroom te begrenzen;

• R60 — om de ingangsstroom van de versterker te beperken.

Alle weerstanden zijn gemaakt van mangaandraad.

De brug wordt gevoed door wisselspanning (6,3 V) uit een speciale wikkeling van de nettransformator.

Versterker (U) — fasegevoelige AC.

De uitvoerende omkeerbare motor (RD) is een tweefasige inductiemotor met een ingebouwde versnellingsbak.

Rijst. 2. Schema van het KSM4-apparaat in eenkanaals temperatuurmeetmodus.