Συγκριτική μέθοδος με μέτρο

Στην τεχνολογία μέτρησης, χρησιμοποιείται συχνά μια μέθοδος για τη βελτίωση της ακρίβειας, η οποία βασίζεται στη σύγκριση της τιμής της μετρούμενης ποσότητας με την τιμή της ποσότητας που αναπαράγεται από ένα ειδικό μέτρο. Σε αυτή την περίπτωση μετριέται το διαφορετικό (διαφορικό) σήμα και δεδομένου ότι η μέτρηση έχει συνήθως μικρό σφάλμα, εξασφαλίζεται υψηλή ακρίβεια μέτρησης.

Αυτή η μέθοδος είναι η βάση της λειτουργίας μέτρησης γεφυρών και ποτενσιόμετρων.

Συνήθως, η τιμή που αναπαράγεται από το μέτρο προσαρμόζεται και κατά τη διαδικασία μέτρησης, η τιμή της ορίζεται ακριβώς ίση με την τιμή της μετρούμενης τιμής.

Κατά τη μέτρηση γεφυρών, χρησιμοποιούνται αντιστάσεις ως τέτοιο μέτρο - ρεόχορδες, με τη βοήθεια των οποίων εξισορροπείται η αντίσταση του θερμικού μορφοτροπέα, η οποία αλλάζει όταν αλλάζει η θερμοκρασία του αντικειμένου.

Για τη μέτρηση των ποτενσιομέτρων χρησιμοποιείται συνήθως μια σταθερή πηγή τάσης με ρυθμισμένη έξοδο. Κατά τη διάρκεια των μετρήσεων, χρησιμοποιώντας την τάση μιας τέτοιας πηγής, το EMF που δημιουργείται από τον αισθητήρα αντισταθμίζεται. Στην περίπτωση αυτή, αυτή η μέθοδος μέτρησης ονομάζεται αντιστάθμιση.

Και στις δύο περιπτώσεις, το καθήκον των ακόλουθων συσκευών (συσκευών) είναι μόνο να καταγράψουν το γεγονός της ισότητας της μετρούμενης τιμής και του μέτρου, επομένως οι απαιτήσεις για αυτές μειώνονται σημαντικά.

Προσδιορισμός θερμοκρασίας με γέφυρες μέτρησης

Ως παράδειγμα, εξετάστε την αρχή της λειτουργίας της γέφυρας μέτρησης σε χειροκίνητη λειτουργία.

Το σχήμα 1α δείχνει ένα κύκλωμα γέφυρας για τη μέτρηση της θερμοκρασίας Θ ενός συγκεκριμένου αντικειμένου για τον έλεγχο OR (ή τη μέτρηση OI). Η βάση ενός τέτοιου κυκλώματος είναι ένα κλειστό κύκλωμα τεσσάρων αντιστάσεων RTC, Rp, Rl, R2, που σχηματίζουν τους λεγόμενους βραχίονες γέφυρας. Τα σημεία σύνδεσης αυτών των αντιστάσεων ονομάζονται κορυφές (a, b, c, d) και οι γραμμές που συνδέουν απέναντι κορυφές (a-b, c-d) ονομάζονται διαγώνιοι της γέφυρας. Η μία από τις διαγώνιους (c-d, Σχ. 1.a) τροφοδοτείται με τάση τροφοδοσίας, η άλλη (a-b) είναι μέτρηση ή έξοδος. Ένα τέτοιο κύκλωμα ονομάζεται γέφυρα, η οποία δίνει το όνομα σε ολόκληρη τη συσκευή μέτρησης.

Η αντίσταση RTC είναι ένας πρωτεύων μορφοτροπέας μέτρησης θερμοκρασίας (θερμίστορ) που βρίσκεται σε κοντινή απόσταση από το αντικείμενο μέτρησης (συχνά μέσα σε αυτό) και συνδέεται στο κύκλωμα μέτρησης χρησιμοποιώντας καλώδια μήκους πολλών μέτρων.

Η κύρια απαίτηση για έναν τέτοιο θερμικό μετατροπέα είναι η γραμμική εξάρτηση της ενεργού αντίστασής του RTC από τη θερμοκρασία στην απαιτούμενη περιοχή μέτρησης:

όπου R0 είναι η ονομαστική αντίσταση του θερμικού μετατροπέα στη θερμοκρασία Θ0 (συνήθως Θ0 = 20 ° C):

α — συντελεστής θερμοκρασίας ανάλογα με το υλικό του θερμικού μετατροπέα.

Τα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα μεταλλικά θερμίστορ TCM (χαλκός) και TSP (πλατίνα), μερικές φορές ονομάζονται μεταλλικά θερμίστορ (MTP).

Η μεταβλητή αντίσταση Rp είναι η ρεόχορδα υψηλής ακρίβειας (μέτρηση) που συζητήθηκε παραπάνω και χρησιμεύει για την εξισορρόπηση της μεταβλητής RTC. Οι αντιστάσεις R1 και R2 ολοκληρώνουν το κύκλωμα γέφυρας. Σε περίπτωση ισότητας των αντιστάσεων τους R1 = R2, το κύκλωμα της γέφυρας ονομάζεται συμμετρικό.

Επιπλέον, το ΣΧ. Το 1.a δείχνει μια μηδενική συσκευή (NP) για τη στερέωση της ισορροπίας της γέφυρας και ένα βέλος με μια κλίμακα βαθμολογημένη σε βαθμούς Κελσίου.

Ρύζι. 1. Μέτρηση θερμοκρασίας με γέφυρες μέτρησης: α) σε χειροκίνητη λειτουργία. β) σε αυτόματη λειτουργία

Είναι γνωστό από την ηλεκτρολογία ότι η συνθήκη ισορροπίας (ισορροπίας) της γέφυρας επιτυγχάνεται όταν το γινόμενο των αντιστάσεων των απέναντι βραχιόνων της γέφυρας είναι ίσο, δηλαδή λαμβάνοντας υπόψη την αντίσταση των συρμάτων που συνδέουν τον αισθητήρα:

όπου Rp = Rp1 + Rp2 είναι το άθροισμα των αντιστάσεων του σύρματος. ή για συμμετρική γέφυρα (R1 = R2)

Σε αυτή την περίπτωση, δεν υπάρχει τάση στη διαγώνιο μέτρησης και η μηδενική συσκευή δείχνει μηδέν.

Όταν η θερμοκρασία Θ του αντικειμένου αλλάζει, η αντίσταση του αισθητήρα RTC αλλάζει, η ισορροπία διαταράσσεται και πρέπει να αποκατασταθεί μετακινώντας το ολισθητήρα του συρόμενου σύρματος.

Σε αυτήν την περίπτωση, μαζί με το ρυθμιστικό, το βέλος θα κινηθεί κατά μήκος της κλίμακας (οι διακεκομμένες γραμμές στο Σχ. 1.α υποδηλώνουν τη μηχανική σύνδεση μεταξύ του ολισθητήρα και του βέλους).

Οι μετρήσεις γίνονται μόνο σε στιγμές ισορροπίας, γι' αυτό τέτοια κυκλώματα και συσκευές ονομάζονται συχνά ισορροπημένες γέφυρες μέτρησης.

Το κύριο μειονέκτημα του κυκλώματος μέτρησης που φαίνεται στο σχ. 1.a, είναι η παρουσία σφάλματος που προκαλείται από την αντίσταση των συρμάτων Rp, η οποία μπορεί να ποικίλλει ανάλογα με τη θερμοκρασία περιβάλλοντος.

Αυτό το σφάλμα μπορεί να εξαλειφθεί χρησιμοποιώντας μια μέθοδο τριών συρμάτων για τη σύνδεση του αισθητήρα (βλ. Εικόνα 1.β).

Η ουσία του έγκειται στο γεγονός ότι με τη βοήθεια του τρίτου σύρματος, το άνω «c» της διαγωνίου τροφοδοσίας μετακινείται απευθείας στη θερμική αντίσταση και τα δύο εναπομείναντα καλώδια Rп1 και Rп2 βρίσκονται σε διαφορετικούς παρακείμενους βραχίονες, δηλ. η κατάσταση ισορροπίας μιας συμμετρικής γέφυρας μετατρέπεται ως εξής:

Έτσι, για να εξαλειφθεί πλήρως το σφάλμα, αρκεί να χρησιμοποιήσετε τα ίδια καλώδια (Rp1 = Rp2) κατά τη σύνδεση του αισθητήρα στο κύκλωμα γέφυρας.

Αυτόματο σύστημα ελέγχου θερμοκρασίας

Για να εφαρμόσετε τη λειτουργία αυτόματης μέτρησης (Εικ. 1β), αρκεί να συνδέσετε έναν ενισχυτή ευαίσθητο στη φάση (U) και έναν αναστρέψιμο κινητήρα (RD) με κιβώτιο ταχυτήτων στη διαγώνιο μέτρησης αντί για μηδενική συσκευή.

Ανάλογα με τη φύση της αλλαγής θερμοκρασίας του αντικειμένου, ο τροχόδρομος θα μετακινήσει το ρυθμιστικό RP προς τη μία ή την άλλη κατεύθυνση μέχρι να επιτευχθεί ισορροπία. Η τάση στη διαγώνιο a-b θα εξαφανιστεί και ο κινητήρας θα σταματήσει.

Επιπλέον, ο κινητήρας θα μετακινήσει τον δείκτη ένδειξης και τη συσκευή εγγραφής (PU) εάν είναι απαραίτητο για να καταγράψει τις μετρήσεις στη λωρίδα γραφήματος (DL). Η γραμμή γραφικών κινείται με σταθερή ταχύτητα από έναν σύγχρονο κινητήρα (SM).

Από την άποψη της θεωρίας αυτόματου ελέγχου, αυτή η εγκατάσταση μέτρησης είναι ένα σύστημα αυτόματου ελέγχου θερμοκρασίας (SAK) και ανήκει στην κατηγορία των σερβο συστημάτων με αρνητική ανάδραση.

Η λειτουργία ανάδρασης επιτυγχάνεται συνδέοντας μηχανικά τον άξονα του κινητήρα RD στο ρεκόρ Rp. Το σημείο ρύθμισης είναι το θερμοστοιχείο TC. Σε αυτή την περίπτωση, το κύκλωμα γέφυρας εκτελεί δύο λειτουργίες:

1. συσκευή σύγκρισης

2.μετατροπέας (ΔR σε ΔU).

Η τάση ΔU είναι ένα σήμα σφάλματος

Ο κινητήρας οπισθοπορείας είναι ένα εκτελεστικό στοιχείο και η τιμή εξόδου είναι η κίνηση 1 βέλους (ή μονάδας εγγραφής), καθώς ο σκοπός κάθε SAC είναι να παρέχει πληροφορίες σχετικά με την ελεγχόμενη τιμή σε μια μορφή κατάλληλη για την ανθρώπινη αντίληψη.

Το πραγματικό κύκλωμα της γέφυρας μέτρησης KSM4 (Εικ. 2) είναι ελαφρώς πιο περίπλοκο από αυτό που φαίνεται στο Σχ. 1.β.

Η αντίσταση R1 είναι ένα ρεκόρ — ένα καλώδιο υψηλής ηλεκτρικής αντίστασης τυλιγμένο σε ένα μονωμένο καλώδιο. Ο κινητός κινητήρας ολισθαίνει πάνω στο σύρμα ολίσθησης και κατά μήκος ενός χάλκινου διαύλου παράλληλα με το σύρμα ολίσθησης.

Προκειμένου να μειωθεί η επίδραση της μεταβατικής αντίστασης επαφής του κινητήρα στην ακρίβεια της μέτρησης, δύο μέρη του συρόμενου σύρματος, χωρισμένα από τον κινητήρα, περιλαμβάνονται σε διαφορετικούς βραχίονες της γέφυρας.

Ο σκοπός των υπόλοιπων αντιστάσεων:

• R2, R5, R6 — ελιγμός, για αλλαγή των ορίων μέτρησης ή του εύρους κλίμακας,

• R3, R4 — για να ρυθμίσετε (επιλέξετε) τη θερμοκρασία στην αρχή της κλίμακας,

• R7, R9, P10 — ολοκληρώστε το κύκλωμα γέφυρας.

• R15 — για να ρυθμίσετε την ισότητα των αντιστάσεων των συρμάτων Rп σε διαφορετικούς βραχίονες της γέφυρας,

• R8 — για περιορισμό του ρεύματος θερμίστορ.

• R60 — για περιορισμό του ρεύματος εισόδου του ενισχυτή.

Όλες οι αντιστάσεις είναι κατασκευασμένες από σύρμα μαγγανίνης.

Η γέφυρα τροφοδοτείται με εναλλασσόμενη τάση (6,3 V) από ειδική περιέλιξη του μετασχηματιστή δικτύου.

Ενισχυτής (U) — AC ευαίσθητο στη φάση.

Ο εκτελεστικός αναστρέψιμος κινητήρας (RD) είναι ένας διφασικός επαγωγικός κινητήρας με ενσωματωμένο κιβώτιο ταχυτήτων.

Ρύζι. 2. Σχηματική απεικόνιση της συσκευής KSM4 σε λειτουργία μέτρησης θερμοκρασίας ενός καναλιού.