Промышленные термопреобразователи

Промышленная группа Метран выпускает термопреобразователи с унифицированным выходным сигналом типа ТХАУ Метран-271, ТСМУ Метран-274, ТСПУ Метран-276. Указанные преобразователи предназначены для измерения температуры различных сред путем преобразования сигнала первичного преобразователя температуры в унифицированный выходной сигнал постоянного тока. Это дает возможность построения автоматических информационных систем и систем управления технологическими процессами без применения дополнительных нормирующих преобразователей.

Электронный преобразователь встраивается в головку датчика. Напряжение питания от 18 до 42В постоянного тока, выходной сигнал 0–5 мА, 4–20 мА, потребляемая мощность 0,9 Вт. Предел допускаемой основной погрешности ± g % составляет 0,25; 0,5; 1,0, зависимость выходного сигнала от температуры линейная. Сопротивление нагрузки для выходного тока 0–5 мА – 1000 Ом, для выходного тока 4–20 мА – 500 Ом. Рассмотрим некоторые серийные преобразователи температуры на примере продукции группы Метран.

Измерительные цепи термопар с ненормированным выходным сигналом

Для измерения термоЭДС термопар применяются милливольтметры непосредственного измерения, электронные потенциометры компенсационного метода измерения и электронные аналоговые или цифровые преобразователи термоЭДС в нормированный сигнал ГСП или цифровой код.

Электронный потенциометр

ΔU

Рис. 3.72. Структурная схема электронного потенциометра

Структурная схема потенциометра ПС-01, показанная на рис. 3.72, реализует следящую измерительную систему, где случайная величина есть изменение температуры на объекте. Элемент сравнения следящей системы реализован измерительным мостом и термопарой, ЭДС которой уравновешивается неуравновешенным мостом. Преобразователь напряжения (ПН) преобразует медленно меняющееся знакопеременное напряжение с выхода элемента сравнения в переменное напряжение управления РД. На обмотку возбуждения РД подведено переменное напряжение через конденсатор С. РД вращается только при появлении напряжения на обмотке управления. Если фазы напряжений совпадают, то РД вращается по часовой стрелке, если нет – против. Питание измерительного моста осуществляется от стабилизированного источника питания (ИПС). При измерении на выходе элемента сравнения ΔU ≠ 0 и РД через механическую связь перемещает движок реохорда измерительного моста до момента, когда Е_тп = U_к. Показания температуры считываются по шкале реохорда. Настройка измерительного моста выполняется с помощью резистора R_Ш для шунтирования реохорда (R_Ш = 90 Ом), резисторов R₂, R₄ – для сдвига шкалы вправо или влево, резистора R₃ для растяжения и сжатия шкалы.

Для компенсации погрешности от изменения температуры свободного спая термопары введен термистор R_t. Здесь трехпроводной линии связи не требуется, так как R_t располагается у клемм подключения дополнительных электродов термопары к прибору (холодный спай термопары).

Для формирования источника тока по отношению к термистору необходимо выбирать R₁ >> R_t. Согласно метода контурных токов запишем

↓U₁₂ = i₁(R₄ + R_pℓ_x/ℓ_p) – i₂ R_t↑,

откуда следует, что при правильном выборе номинала термистора можно выполнить условие ∆U=↓U₁₂ – E_t↓= 0 и исключить влияние разогрева холодных спаев термопары на точность измерения температуры.

Расчет R_t:

При равенстве E_тп = U_к регистрируется температура на диаграммной бумаге в декартовой системе координат. При этом ток в цепи термопары отсутствует, что значительно повышает точность измерения термоЭДС. Реверсивный двигатель остановится, измерительная каретка U_к укажет температуру объекта и зарегистрирует ее на диаграммной бумаге. Если прибор многоточечный, далее произойдет отключение первой термопары и подключение следующей. Прибор работает автоматически, измеряя и регистрируя сигналы до 12 термопар. В конструкцию электронного потенциометра встраиваются дополнительные устройства для регулирования температуры объекта и для преобразования термоЭДС в нормированный сигнал ГСП. Изменение сопротивления дополнительных проводов, сопротивления термоэлектродов самой термопары не влияют на точность измерения. Приведенная погрешность измерения и регистрации уменьшается до 0,25%.