Лабораторна робота № 9

Зміна меж виміру автоматичних потенціометрів та їхня повірка.

I. Ціль роботи

Ознайомитися зі схемою і конструкцією автоматичного потенціометра типу КСП.

Засвоїти методику переградуювання шкали приладу і його повірки.

2. Принцип дії приладу

Автоматичний потенціометр призначений для безперер-вного виміру, запису і регулювання температури та інших величин, зміна значення яких може бути перетворене в зміну напруги постійного струму.

У ос­но­ву ро­бо­ти при­ла­ду по­кла­де­но ком­пен­са­цій­ний ме­тод ви­мі­ру ЕРС (на­пру­ги), що по­ля­гає в ком­пен­са­ції не­ві­до­мої ЕРС, про­ти­ле­ж­ної за зна­ком рі­з­ни­цею по­те­н­ці­а­лів ді­а­го­на­лі мо­с­то­вої схе­ми.

Міст призначений для автоматичного введення поправки при відхиленні температур вільних кінців термоелектричного перетворювача від градуйованої.

З ці­єю ме­тою в ньо­го вклю­че­но мі­д­ний ре­зи­с­тор Rм, ін­ші ре­зи­с­то­ри ви­мі­рю­валь­ної схе­ми ав­то­ма­ти­ч­но­го по­те­н­ці­о­ме­т­ра ви­го­то­в­ле­ні з ма­н­га­ні­но­во­го про­ві­д­ни­ка. Схе­ма по­те­н­ці­о­ме­т­ра до­зво­ляє лег­ко змі­ню­ва­ти гра­ду­ї­ров­ку при­ла­ду, одер­жу­ва­ти шка­ли з ну­лем на по­ча­т­ку або в се­ре­ди­ні шка­ли, а та­кож без­ну­льо­ву шка­лу. Ви­мі­рю­валь­на схе­ма по­те­н­ці­о­ме­т­ра по­да­на на рис.1. Тер­мо­ЕРС тер­мо­па­ри Е(t,t₀) ком­пен­су­є­ть­ся рі­з­ни­цею по­те­н­ці­а­лів у то­ч­ках а і в ви­мі­рю­валь­ної схе­ми по­те­н­ці­о­ме­т­ра, тобто па­дін­ням на­пру­ги на ча­с­ти­ні при­ве­де­но­го опо­ру ре­о­хор­да Rnp, що скла­да­є­ть­ся з трьох па­ра­ле­ль­но вклю­че­них ре­зи­с­то­рів Rp, Rш, Rn, і на ре­зи­с­то­рах Rн і Rм:

E(t,t₀)=I₁Rnp+I₁Rн-І₂R_M (1)

Де t - температура робочого спаю ТЕП; t₀ -температура вільного спаю ТЕП; Rпр - частина приведеного опору реохорда між точками а й е вимірювальної схеми, величина якого залежить від положення повзуна реохорда.

При до­три­ман­ні рі­в­но­с­ті (1) на­пру­га не­ба­лан­су на вхі­д­ний уст­рій під­си­лю­ва­ча по­да­ва­ти­ся не бу­де. При цьо­му по­в­зун ре­о­хор­да не ру­ха­є­ть­ся, а стріл­ка при­ла­ду по­ка­зує зна­чен­ня

термоЕРС ТЕП.

У ви­пад­ку по­ру­шен­ня рі­в­но­с­ті (1) на ви­хо­ді ви­мі­рю­валь­ної схе­ми з'я­в­ля­є­ть­ся на­пру­га не­ба­лан­су, що по­да­є­ть­ся на вхід під­си­лю­ва­ча. По­си­ле­ний си­г­нал при­во­ди­ть в дію ре­вер­си­в­ний дви­гун РД. Ви­хі­д­ний вал дви­гу­на обер­та­є­ть­ся в ту або ін­шу сто­ро­ну в за­ле­ж­но­с­ті від по­ля­р­но­с­ті си­г­на­лу на вхо­ді під­си­лю­ва­ча і че­рез си­с­те­му кі­не­ма­ти­ч­ної пе­ре­да­чі пе­ре­мі­щає по­в­зун ре­о­хор­да Rp змі­ню­ю­чи на­пру­гу Uaв до­ти, по­ки воно не ста­не рі­в­ним тер­мо­ЕРС, що ви­мі­рю­є­ть­ся. Од­но­ча­с­но з цим при­во­ди­ти­ся в рух ка­ре­т­ка з по­ка­ж­чи­ком і пером са­мо­пи­са, що пе­ре­мі­ща­є­ть­ся що­до шка­ли при­ла­ду.

3. Розрахунок вимірювальної схеми потенціометра

Живлення вимірювальної схеми потенціометра здійснюється від стабілізованого джерела ИПС із різницею потенціалів на його затискачах U, рівної 5 В. Споживаний вимірювальною схемою струм дорівнює 5 мА, а сумарний опір вимірювального кола 1000±10 Ом. Силу струму в гілках моста приймають І₁= 3 мА й І₂= 2 мА,

Для розрахунку вимірювальної схеми потенціометра повинні бути задані мінімальна (tмін) і максимальна (tмакс) межі виміру температур у °С і тип ТЕП (термопари).

Розрахунок елементів вимірювальної схеми потенціометра роблять таким чином: знаючи межі виміру і тип ТЕП, необхідно по градуйовочним таблицям (додаток 2) знайти мінімальну Емин=Е(tмін,t₀) та максимальну Емакс=Е(tмакс,t₀) ЕРС ТЕП при температурі t₀ вільних спаїв яка дорівнює 0°С

При ви­мі­рі Емін по­в­зун ре­о­хор­да по­ви­нен зна­хо­ди­ти­ся в

то­ч­ці, яка від­по­ві­д­на по­ча­т­ку шка­ли. У цьо­му ви­пад­ку ЕРС ТЕП ком­пен­су­є­ть­ся рі­з­ни­цею по­те­н­ці­а­лів то­чок а і в ви­мі­рю­валь­ної схе­ми по­те­н­ці­о­ме­т­ра, тобто па­дін­ня на­пру­ги на ре­зи­с­то­рах Rн і Rм при тем­пе­ра­ту­рі 0°С, рі­в­но­му R⁰м бу­де врі­в­но­ва­жу­ва­ти Емін.

Емін=І₁Rн - I₂R⁰м (2)

З рівняння (1) можна визначити величина опору резистора Rн призначеного для підгонки нижньої межі виміру приладу

Rн = (3)

При вимірі Емакс повзун реохорда повинний знаходитися в точці f яка відповідна кінцю шкали. При цьому термоЕРС

ТЕП компенсується різницею потенціалів точок f і в, тобто падінням напруги на загальному опорі реохорда Rпр і опорах Rн і Rм або падінням напруги на опорах Rб і Rс

Емакс = І₁Rпр + І₁Rн - І₂Rм (4) або

Е макс =І₂Rс - І₁Rб (5) З рівняння (5) знаходимо величину опору резистора Rб, призначеного для підгонки верхньої межі вимірювання приладу.

Rб = (6)

Відняв рівняння (2) із рівняння (4) маємо

Емакс - Емин = І₁Rпр

Відкіля

Rпр = (7)

З рівняння (7) випливає, що різниця термоЕРС, що відповідають верхній і нижній межам шкали, тобто дорівнюють межам виміру приладу, пропорційна величині загального (приведеного) опору реохорда. Отже, зміну меж виміру приладу може здійснити змінюючи величина приведеного опору реохорда Rпр, що складається з трьох паралельно включених резисторів Rр, Rш і Rп.

В автоматичному потенціометрі паралельно сполучені реохорд Rр і його шунт Rш мають опір Rэкв який дорівнює 90 Ом. Таким чином, підгонка Rпр здійснюється зміною величини опору резистора Rп, що обчисляється по рівнянню

Rп = (8)

Опір резистора Rм знаходять з умови, що зміна термоЕРС ТЕП при зміні температур вільних спаїв ТЕП від t₀ = 0°С до t₀= 50°С дорівнює зміні падіння напруги на резисторі при тому ж перепаді температур

Е(t,t₀) - Е(t,t”₀) = Е(t”,t₀) =I₂Δ Rм (9) За­ле­ж­ність змі­ни опо­ру мі­д­но­го про­ві­д­ни­ка від тем­пе­ра­тур у то­му ж ін­тер­ва­лі тем­пе­ра­тур ви­ра­жа­є­ть­ся рі­в­нян­ням

Rм = R⁰м[ 1+ α (t^”₀-t₀)] (10)

де а - температурний коефіцієнт опору мідного провідника компенсаційної котушки (а =0. 00428 ⁰С^-1); R°м- величина опору резистора Rм при температурі t₀ .

Звідси

ΔRм=Rм - R⁰м = R⁰м α (t^”₀-t₀) (11)

Підставляючи вираження (11) у рівняння (9), получаем

E(t,t₀)= R⁰м α (t^”_0-t₀) I₂ (12)

Відкіля

R⁰м = (13)

Вираження (13) показує, що величина опору резистора залежить, за інших рівних умовах, тільки від типу ТЕП і матеріалу резистора Rм і цілком не залежить від меж виміру приладу.

Величина опору резистора Rс який призначено для контролю робочого струму включене в допоміжну гілку вимірювальної схеми, його визначають з умови, що падіння напруги на ньому повинне бути рівним Uc=1018,6±0,3 м

Rc = (14)

Опір реостата (змінного резистора) Rрт повинно визначатися з умови рівності падіння напруги у вимірювальній схемі U = 5 В. З огляду на ті, що в потенціометрах КСП споживаний вимірювальною схемою струм І = 5 мА і що струм в гілках вимірювальної схеми обернено пропорційні їхнім опорам, величина суми опорів резисторів R'рт і R^”рт може бути визначено з будь якого з таких рівностей:

^{R'pт =} (15)

R^”рт = ⁽¹⁶⁾

^{Величина опору резистора R'pт береться рівною 750 Ом, а R”рт визначається з (15) або(16).}