Vertaileva menetelmä mittaan

Mittaustekniikassa käytetään usein tarkkuutta parantavaa menetelmää, joka perustuu mitatun suuren arvon vertaamiseen erikoismitalla toistetun suuren arvoon. Tällöin mitataan eri (differentiaalinen) signaali, ja koska mittauksessa on yleensä pieni virhe, varmistetaan korkea mittaustarkkuus.

Tämä menetelmä on mittasiltojen ja potentiometrien toiminnan perusta.

Yleensä mittauksen toistamaa arvoa säädetään, ja mittauksen aikana sen arvo asetetaan täsmälleen samaksi kuin mitatun arvon arvo.

Siltoja mitattaessa käytetään sellaisena mittana resistanssia - reokordeja, joiden avulla tasapainotetaan lämpöanturin resistanssi, joka muuttuu kohteen lämpötilan muuttuessa.

Mittauspotentiometreissä käytetään yleensä vakaata jännitelähdettä, jolla on säädelty lähtö. Mittausten aikana anturin synnyttämä EMF kompensoidaan käyttämällä tällaisen lähteen jännitettä. Tässä tapauksessa tätä mittausmenetelmää kutsutaan kompensaatioksi.

Molemmissa tapauksissa seuraavien laitteiden (laitteiden) tehtävänä on vain rekisteröidä mitatun arvon ja mittarin yhtäläisyys, joten niille asetetut vaatimukset pienenevät merkittävästi.

Lämpötilan määritys siltoja mittaamalla

Harkitse esimerkkinä mittaussillan toimintaperiaatetta manuaalisessa tilassa.

Kuva 1a esittää siltapiiriä tietyn kohteen lämpötilan Θ mittaamiseksi OR:n ohjaamiseksi (tai OI:n mittaamiseksi). Tällaisen piirin perustana on suljettu piiri, jossa on neljä vastusta RTC, Rp, Rl, R2, jotka muodostavat niin sanotut siltavarret. Näiden vastusten kytkentäpisteitä kutsutaan pisteiksi (a, b, c, d) ja vastakkaisia ​​pisteitä yhdistäviä viivoja (a-b, c-d) kutsutaan sillan diagonaaleiksi. Toinen lävistäjä (c-d, kuva 1.a) syötetään syöttöjännitteellä, toinen (a-b) on mittaus- tai lähtöjännite. Tällaista piiriä kutsutaan sillaksi, joka antaa nimen koko mittalaitteelle.

RTC-vastus on ensisijainen lämpötilan mittausanturi (termistori), joka sijaitsee mittauskohteen välittömässä läheisyydessä (usein sen sisällä) ja liitetään mittauspiiriin jopa useiden metrien pituisilla johtimilla.

Päävaatimus tällaiselle lämpömuuntimelle on sen aktiivisen vastuksen RTC lineaarinen riippuvuus lämpötilasta vaaditulla mittausalueella:

jossa R0 on lämpömuuntimen nimellisresistanssi lämpötilassa Θ0 (yleensä Θ0 = 20 °C):

α — lämpötilakerroin lämpömuuntimen materiaalista riippuen.

Yleisimmin käytettyjä metallitermistoreja TCM (kupari) ja TSP (platina) kutsutaan joskus metallitermistoreiksi (MTP).

Muuttuva vastus Rp on korkean tarkkuuden reokordi (mittaus), josta on keskusteltu edellä ja joka toimii muuttujan RTC:n tasapainottajana. Vastukset R1 ja R2 täydentävät siltapiirin. Jos niiden resistanssit ovat yhtäläiset R1 = R2, siltapiiriä kutsutaan symmetriseksi.

Lisäksi kuvio 1 esittää 1.a on nollalaite (NP) sillan tasapainon kiinnittämiseksi ja nuoli asteikolla Celsius-asteina.

Riisi. 1. Lämpötilan mittaus siltoja mittaamalla: a) manuaalisessa tilassa; b) automaattitilassa

Sähkötekniikasta tiedetään, että sillan tasapainon (tasapainon) ehto toteutuu, kun sillan vastakkaisten haarojen vastusten tulo on yhtä suuri, eli otetaan huomioon anturin yhdistävien johtimien resistanssi:

jossa Rp = Rp1 + Rp2 on lankojen vastusten summa; tai symmetriselle sillalle (R1 = R2)

Tässä tapauksessa mittausdiagonaalissa ei ole jännitettä ja nollalaite osoittaa nollaa.

Kohteen lämpötilan Θ muuttuessa RTC-anturin vastus muuttuu, tasapaino häiriintyy ja se on palautettava siirtämällä liukulangan liukusäädintä.

Tässä tapauksessa nuoli liikkuu yhdessä liukusäätimen kanssa asteikkoa pitkin (katkoviivat kuvassa 1.a osoittavat mekaanista yhteyttä liukusäätimen ja nuolen välillä).

Lukemat tehdään vain tasapainohetkellä, minkä vuoksi tällaisia ​​piirejä ja laitteita kutsutaan usein balansoiduiksi mittasilloiksi.

Kuvassa esitetyn mittauspiirin suurin haittapuoli. 1.a, on johtojen Rp resistanssin aiheuttama virhe, joka voi vaihdella ympäristön lämpötilan mukaan.

Tämä virhe voidaan poistaa käyttämällä kolmijohtimista anturiliitäntää (katso kuva 1.b).

Sen olemus on siinä, että kolmannen johdon avulla syöttölävistäjän ylempi «c» siirretään suoraan lämpövastukseen ja kaksi jäljellä olevaa johdinta Rп1 ja Rп2 ovat eri vierekkäisissä haaroissa, ts. symmetrisen sillan tasapainotila muunnetaan seuraavasti:

Siten virheen poistamiseksi kokonaan riittää, että käytetään samoja johtoja (Rp1 = Rp2), kun anturi kytketään siltapiiriin.

Automaattinen lämpötilan säätöjärjestelmä

Automaattisen mittaustilan (kuva 1b) toteuttamiseksi riittää, että mittausdiagonaaliin kytketään nollalaitteen sijaan vaiheherkkä vahvistin (U) ja vaihteistolla varustettu reversiibelimoottori (RD).

Kohteen lämpötilan muutoksen luonteesta riippuen rullaustie siirtää RP-liukusäädintä yhteen tai toiseen suuntaan, kunnes tasapaino on saavutettu. Jännite a-b diagonaalin yli katoaa ja moottori pysähtyy.

Lisäksi moottori siirtää tarvittaessa osoitinta ja tallenninta (PU) tallentaakseen lukemat karttaliuskaan (DL). Grafiikkapalkkia pyörii tasaisella nopeudella synkroninen moottori (SM).

Automaattisen ohjausteorian näkökulmasta tämä mittauslaitteisto on automaattinen lämpötilansäätöjärjestelmä (SAK) ja kuuluu negatiivisen takaisinkytkennän servojärjestelmien luokkaan.

Takaisinkytkentätoiminto suoritetaan yhdistämällä mekaanisesti moottorin akseli RD tietueeseen Rp. Asetuspiste on TC-termopari. Tässä tapauksessa siltapiiri suorittaa kaksi toimintoa:

1. laitteen vertailu

2.muunnin (ΔR to ΔU).

Jännite ΔU on virhesignaali

Kääntömoottori on toimeenpaneva elementti, ja lähtöarvo on 1 nuolen (tai tallennusyksikön) liike, koska kunkin SAC:n tarkoituksena on antaa tietoa ohjatusta arvosta ihmiselle sopivassa muodossa.

KSM4-mittaussillan varsinainen piiri (kuva 2) on hieman monimutkaisempi kuin kuvassa. 1.b.

Vastus R1 on recordd - johdin, jolla on korkea sähkövastus, kierretty eristettyyn johtoon. Liikkuva moottori liukuu liukulangalla ja kupariväylän yli samansuuntaisesti liukulangan kanssa.

Jotta moottorin transienttikosketusvastuksen vaikutusta mittaustarkkuuteen voitaisiin vähentää, kaksi moottorista erotettua liukulangan osaa on sisällytetty sillan eri haaroihin.

Jäljellä olevien vastusten tarkoitus:

• R2, R5, R6 — liike, muuttaa mittausrajoja tai asteikkoaluetta,

• R3, R4 — lämpötilan asettaminen (valitseminen) asteikon alussa,

• R7, R9, P10 — täydennä siltapiiri;

• R15 — säätää sillan eri haarojen johtojen Rп vastusten yhtäläisyyttä,

• R8 — rajoittaa termistorin virtaa;

• R60 — rajoittaa vahvistimen tulovirtaa.

Kaikki vastukset on valmistettu manganiinilangasta.

Silta saa virtansa vaihtojännitteellä (6,3 V) verkkomuuntajan erikoiskäämillä.

Vahvistin (U) — vaiheherkkä AC.

Reversible engine (RD) on kaksivaiheinen oikosulkumoottori, jossa on sisäänrakennettu vaihteisto.

Riisi. 2. Kaavio KSM4-laitteesta yksikanavaisessa lämpötilan mittaustilassa.