Изучение и поверка автоматических приборов с мостовой и компенсационной измерительной схемой

Цель работы: Изучение автоматических приборов для измерения температуры, работающих в комплекте со стандартными термопреобразователями сопротивления, изучение образцовых средств, применяемых для поверки автоматических приборов с мостовой и компенсационной измерительной схемой, приобретение навыков работы с образцовыми средствами и освоении поверки автоматических приборов для измерения температуры.

Задачи лабораторной работы:

• Изучение принципа действия и устройства автоматических приборов для измерения температуры;

• Поверка автоматических приборов с мостовой и компенсационной измерительной схемой и обработка результатов поверки;

• Определение погрешностей измерительных систем с двух- и трех-проводной схемами включения термопреобразователей сопротивления.

Автоматические уравновешенные мосты

Автоматические уравновешенные мосты предназначены для из­мерения температуры в комплекте с термопреобразователями сопро­тивления (ТПС). В автоматических уравновешенных мостах использу­ется измерительная схема, реализующая нулевой метод измерения зна­чения сопротивления ТПС. Простейшая измерительная схема уравно­вешенного моста изображена на рис.

Рис. 1. Измерительная схема уравновешенного моста

Измерительная схема представляет собой последовательно соеди­ненные между собой в замкнутую цепь термопреобразователь сопротивления R_т и резисторы R₁ - R₃.

Точки a, b, c, d между резисторами R₁ - R₃ и термопреобразова­телем сопротивления R_т называют вершинами измерительной схемы уравновешенного моста. Электрические цепи между соседними вершинами измерительной схемы, например, вершинами а и с, назы­вают плечами моста. Электрические цепи между вершинами, разделен­ными двумя плечами моста, например, между вершинами с и d, назы­вают диагоналями моста. Электрическую цепь между вершинами с и d, в которую включают индикатор наличия тока НИ (нуль - индикатор), называют измерительной диагональю моста. Измерительную цепь между вершинами а и b, в которую включают источник питания, называют диагональю питания моста.

Равновесие измерительной схемы уравновешенного моста характеризуется отсутствием тока в измерительной диагонали моста, которому соответствует равенство произведений значений сопротивлений противоположных плеч моста . При нарушении равновесия измерительной схемы, например, при изменении значения сопротивления ТПС , схему можно привести в состояние равновесия путем изменения значения переменного сопротивления . По положению движка можно судить о значении сопротивления ТПС, т.к. , а отношение является постоянной величиной. В измерительных схемах автоматических приборов в качестве переменных сопротивлений используют сопротивления специальной конструкции.

Структурная схема автоматического уравновешенного моста приведена на рис.2.

Рис. 2. Структурная схема автоматического уравновешенного моста:

ИС - измерительная схема; Кр - реохорд; УС - усилитель следящей системы;

ДС, ДР - электродвигатели следящей системы и регистрирующего устройства;

ОУ - отсчетное устройство; РУ - регистрирующее устройство.

На рис. 3 приведена полная измерительная схема уравновешенного автоматического моста. На ней приняты следующие обозначения: - шунт реохорда, предназначенный для подгонки параллельно со­единенных сопротивлений реохорда и шунта реохорда до стан­дартного значения;

- резистор для подгонки нижнего предела измерений;

- резистор для подгонки верхнего предела измерений;

- резисторы измерительной схемы;

- резистор для ограничения тока в цепи питания;

- термопреобразователь сопротивления;

- подгоночные катушки для установки стандартных значений сопро­тивлений линий связи термопреобразователя сопротивления с автома­тическим мостом.

Рис.3. Измерительная схема автоматического уравновешенного моста

Следящая система автоматического моста состоит из усилителя УС, электродвигателя ДС, механически связанного с движком реохорда . Отсчетное устройство содержит шкалу и стрелку - указатель. Реги­стрирующее устройство включает пишущий узел и лентопротяжный механизм диаграммной ленты или устройство перемещения диаграмм­ного диска ДД, связанные с электродвигателем ДР регистрирующего устройства. Механические связи показаны на схеме (рис. 3) пунктир­ными линиями.

Если значение измеряемой температуры равно нижнему пределу измерений, то измерительная схема автоматического моста находится в состоянии равновесия и напряжение на ее выходе отсутствует. Стрелка - указатель отсчетного устройства находится на отметке шка­лы, соответствующей нижнему пределу измерений автоматического моста.

Если измеряемая температура увеличивается, то значение сопро­тивления ТПС увеличивается и равновесие измерительной схемы авто­матического моста нарушается. На выходе измерительной схемы появ­ляется напряжение , которое подается на вход усилителя УС. На­пряжение с выхода усилителя УС поступает на обмотку управления ОУ реверсивного электродвигателя ДС следящей системы. Напряжение пи­тания обмотки возбуждения ОВ электродвигателя ДС составляет 127В переменного тока. Когда напряжение на обмотке управления ОУ дости­гает значения напряжения трогания, реверсивный электродвигатель ДС начинает работать. С помощью механической связи электродвигатель ДС перемещает движок реохорда в направлении равновесия измери­тельной схемы. В момент равновесия измерительной схемы = 0 и электродвигатель ДС отключается. Стрелка - указатель отсчетного уст­ройства устанавливается на отметке шкалы, соответствующей измеряе­мой температуре.

Аналогично если измеряемая температура уменьшается, то значение сопротив­ления ТПС уменьшается и равновесие измерительной схемы автомати­ческого моста вновь нарушается, и появляется в противофазе при увеличении температуры.

ТПС включают в измерительную схему автоматического моста по двух- и трехпроводной схеме. На рис. 3 показана трехпроводная схема включения ТПС в измерительную схе­му. При трехпроводной схеме включения ТПС подключают в измери­тельную схему с помощью трех линий связи, одна из которых соединя­ется с измерительной схемой уравновешенного моста в точке a1, вторая - в точке а2, а третья - в точке f. Таким образом, при трехпроводной схеме включения ТПС источник питания подключают с помощью третьей линии связи непосредственно к ТПС. Условие равновесия при трехпроводной схеме включения ТПС в измерительную схему описывается уравнением

, (1)

где - приведенное сопротивление реохорда, ,

; , - часть приведенного сопротивления реохорда правее вершины с моста.

При двухпроводной схеме включения ТПС подключают в измерительную схему с помощью двух линий связи, одна из которых соединяется с измерительной схемой уравновешенного моста в точке а2, а вторая – в точке f. Условие равновесия при двухпроводной схеме включения ТПС определяется уравнением:

, (2)

Так как при двухпроводной схеме включения ТПС в измеритель­ную схему сопротивления , находятся в одном плече моста, возникает дополнительная погрешность измерения температуры из-за изменения сопротивлений при изменении температуры окружающей среды. При трехпроводной схеме включения ТПС в измерительную схему автоматического уравновешенного моста дополнительная температур­ная погрешность измерения температуры уменьшается, так как сопро­тивления находятся в соседних плечах измерительной схемы при­бора.