1.3 Автоматические потенциометры

Автоматические потенциометры широко применяются в различных отраслях промышленности для измерения и записи температуры в комплекте с термоэлектрическими термометрами. Они одновременно могут быть использованы для измерения, записи и сигнализации или регулирования температуры. В этом случае потенциометры снабжаются дополнительными устройствами для сигнализации или регулирования температуры.

Характерной особенностью устройства автоматических потенциометров является автоматическое регулирование измеряемой термо-э.д.с. термометра или напряжения, осуществляемое перемещением движка по калиброванному реохорду, с помощью непрерывно действующего следящего устройства.

Структурная схема автоматического потенциометра со следящей системой, работающей непрерывно, показана на рис. 1.3.1. В потенциомет­рах этого типа при равенстве компенсирующего напряжения U_КН и измеряемой термо-э.д.с. Е(t, t₀) термометра исполнительный механизм следящей системы прибора находится в покое. Если изме­ряемая термо-э.д.с. Е(t, t₀) не равна компенсирующему напряже­нию U_КН, то сигнал небаланса ΔU (некомпенсированное напряжение постоянного тока) подается на вход преобразовательного кас­када ВУ (входного устройства усилителя). Сигнал небаланса преоб­разуется во входном устройстве в электрический сигнал переменного тока и усиливается усилителем до значения, достаточного для приведения в действие реверсивного двигателя РД, выходной вал которого будет вращаться в направлении, зависящем от полярности сигнала. Выходной вал реверсивного двигателя через систему кинематической передачи воздействует на движок реохорда измери­тельной схемы ИС, изменяя компенсирующее напряжение U_КН до тех пор, пока оно не уравновесит измеряемую термо-э.д.с. Е(t, t₀). Одновременно приводится в движение каретка с указате­лем и пером Кр (или печатающим устройством в многоточечных приборах), фиксируя значение измеряемой температуры (термо-э.д.с). Любые последующие изменения измеряемой термо-э.д.с. снова приводят в действие реверсивный двигатель, который с помо­щью движка реохорда измерительной схемы изменяет компенсирую­щее напряжение до значения, равного новому значению измеряемой термо-э.д.с, и приводит в движение каретку с указателем и пером, фиксируя новое значение измеряемой температуры.

Таким образом, в автоматических потенциометрах усилитель выполняет функции нуль-органа и осуществляет одновременно усиление по напряжению и мощности сигнала разбаланса, поступаю­щего от измерительной схемы, до значения, достаточного для приве­дения в действие реверсивного двигателя, являющегося исполни­тельным механизмом следящей системы прибора.

Привод механизма продвижения диаграммной бумаги блока запи­си БЗ осуществляется синхронным двигателем СД, а в многоточеч­ных приборах этот двигатель приводит в действие, кроме того, печа­тающее устройство каретки и двухполюсный переключатель термо­электрических термометров.

1.4 Принципиальная схема автоматических

потенциометров

В автоматических потенциометрах используется компенсационная мостовая измерительная схема. Напряжение, компенсирующее измеряемую термо-э.д.с. термоэлектрического термометра - термопары, в этой схеме по­лучается как разность потенциалов в двух точках. Потенциал одной из этих точек определяется положением движка реохорда, а потенциал другой зави­сит от температуры свободных концов термометра. Это даёт возможность осуществлять автоматическое введение поправки на изменение термо-э.д.с. термопары, вызванное отклонением температуры свободных концов ее от 0°С. Измерительная схема позволяет выполнять шкалы потенциометров од­носторонние, двусторонние и безнулевые.

Принципиальная типовая схема одноточечного автоматического по­тенциометра приведена на рисунке 1.4.1.

На этой схеме приняты следующие обозначения: R_P -сопротивление реохорда; Т_O - токоотвод; R_П - резистор для установки диапазона измерения термо-э.д.с. Е(t_H, t₀); R_H - резистор для установки начального значения шкалы, соот­ветствующего ЭДС E(t_H.t₀); R_Б - резистор балластный для установки опре­делённого значения сопротивления верхней ветви измерительной схемы bad при различных градуировках ПИП, а следовательно, и рабочего тока I₁ = 3 мА; R_M - вспомогательный резистор из медной проволоки для автоматиче­ского введения поправки на измерение термо-э.д.с. при изменении температу­ры свободных концов термометра; R_K - контрольный резистор сопротивле­нием 509,5 Ом для всех выпускаемых потенциометров, служащий для кон­троля рабочего тока в измерительной схеме U_K =I₂*R_K (I₂ = 2 мА) при гра­дуировке прибора; ИПС - источник питания стабилизированный; R₁^’, R₁^” - резисторы в цепи ИПС для ограничения и регулировки рабочего тока при градуировке и поверке прибора; АВ - термоэлектрический термометр - тер­мопара; А₁, В₁ - термоэлектродные провода; 5-6 - зажимы, к которым при градуировке прибора или его поверке присоединяют нуль-индикатор и на­сыщенный нормальный элемент ЭДС класса точности 0,005; ВУ - входное устройство усилителя, предназначенное для преобразования поступающего из измерительной схемы напряжения разбаланса постоянного тока в напря­жение переменного тока; а - движок; Кр - каретка с указателем и пером; РД - управляемый реверсивный асинхронный двигатель конденсаторного типа с короткозамкнутым ротором, с встроенным в его корпус редуктором, переда­точное число которого определяет время прохождения кареткой всей шкалы прибора; С₁ и С₂ - конденсаторы для создания необходимого фазового сдви­га 90° между магнитными потоками обмотки возбуждения и управляющей обмотки РД; С₃ - конденсатор, шунтирующий управляющую обмотку ревер­сивного двигателя для компенсации индуктивной составляющей тока в этой обмотке: СД - синхронный двигатель для продвижения диаграммной ленты.

Все резисторы измерительной схемы кроме R_М изготовляют из стаби­лизированной манганиновой проволоки. Резистор R_М находится в непосред­ственной близости со свободными концами термоэлектронных проводов А₁, В₁, соединяющих термопару АВ с прибором.

Реохорд автоматического потенциометра является ответственным уз­лом. Основные элементы реохорда - рабочая спираль R_Р и токоотвод Т_О (вспомогательная спираль). Их изготавливают из проволоки ПдВ-20 (сплав палладий-вольфрам). Это значительно повышает стойкость проволоки от ис­тирания.

Термопара АВ подключена последовательно с усилителем, к точкам а и с измерительной схемы. К зажимам b и d подключен источник стабилизи­рованного питания, обеспечивающий постоянство рабочих токов I₁ и I₂.