Описание установки и методика проведения работы

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1

Изучение конструкции, расчёт элементов измерительной схемы и поверка автоматического уравновешенного моста

Цель работы

Ознакомится с устройством и работой электронных мостов. Освоить методику расчёта элементов измерительной схемы автоматического электронного равновесного моста. Изменить пределы измерения моста на заданный интервал температур. Провести поверку автоматического электронного равновесного моста КСМ-2.

Общие сведения

Электронные мосты - это приборы, работающие с различными датчиками, в которых измеряемый параметр может быть преобразован в изменение сопротивления. Наиболее широко электронные мосты применяются в качестве вторичных приборов при работе с термометрами сопротивления.

Измерительная схема автоматического электронного равновесного моста приведена на рисунке 1.1. Как видно из рисунка, измерительная схема уравновешенного моста содержит четыре плеча, три из которых представлены постоянными сопротивлениями R₁, R₂ и R₃, а четвёртое - переменным сопротивлением термопреобразователя R_t и последовательно соединённым с ними сопротивлением реохорда R_пр. Последнее состоит из параллельно соединённых сопротивлений реохорда R_р, шунта реохорда R_ш, предназначенного для ограничения протекающего по реохорду тока, и сопротивления R, служащего для подгонки сопротивления реохорда к расчётному значению.

Термометр сопротивления R_t присоединяют к прибору по трёхпроводной схеме через сопротивления R_л, служащие для подгонки сопротивления соединительных проводов до 2,5 Ом.

Применение трёхпроводной схемы включения термометра снижает величину температурной погрешности, вызванной изменением сопротивления соединительных проводов вследствие изменения температуры окружающего воздуха.

При изменении температуры контролируемого объекта изменится сопротивление R_t и нарушится равновесие измерительной схемы. В результате в диагонали db моста появится сигнал, который с помощью усилителя увеличится до величины, достаточной для вращения реверсивного двигателя РД. Ротор реверсивного двигателя поворачивается до тех пор, пока существует сигнал, вызванный неравенством плеч измерительной схемы.

Двигатель связан с рычагом, перемещающим контактный ролик (движок) реохорда. Перемещение движка происходит до наступления равновесия в измерительной схеме. Двигатель одновременно связан механической передачей с показывающей и регистрирующей стрелкой прибора.

Рисунок 1.1 - Принципиальная электрическая схема автоматического моста КСМ2

В момент равновесия измерительной схемы положение стрелки определяет значение измеряемой температуры (сопротивления R_t).

Для расчёта измерительной схемы равновесного моста должны быть заданы минимальный t_min и максимальный t_max пределы измерения температуры в ⁰С и тип термопреобразователя сопротивления. Расчёт производят следующим образом.

Зная пределы измерения и тип термопреобразователя сопротивления, находят по градуировочным таблицам минимальную R_tmin и максимальную R_tmax величины сопротивления термопреобразователя. При измерении R_tmin движок реохорда должен находится в точке С, соответствующей началу шкалы. Поскольку термопреобразователь сопротивления R_t включён последовательно с реохордом в одно из плеч моста, достижение равновесия измерительной схемы возможно при удовлетворении равенства.

(R_tmin+R_л+R₄+R_пр)R₂=(R₁+R_л)R_3.                                                             (1)

При измерении R_tmax движок реохорда должен находится в точке А, соответствующей концу шкалы. При этом равновесие измерительной схемы соблюдается при выполнении следующего условия:

(R_tmax+R_л+R₄)R₂=(R₁+R_л)(R₃+R_пр).                                  (2)

Вычитая равенство (1) из (2), получим

R_пр= .                                   (3)

Для увеличения чувствительности измерительной схемы сопротивление R₃ всегда выбирается равным сопротивлению R₂. Учитывая это, из уравнения (1) имеем

R₁ = R_tmin+R₄+R_пр .                                                (4)

Подставляя (3) в (4), получим

R²₁+pR₁+q=0,                                                      (5)

где p = R_л+R₂ - R_tmin - R₄;

q = - .

Из уравнений (5) и (4) последовательно определяем R₁ и R_пр.

Обозначив общие сопротивления параллельно соединённых сопротивлений R_р и R_ш через R_об , величину сопротивления R находим по равенству

R = .                                                    (6)

Максимальную величину тока, протекающего через термометр сопротивления, определяют по уравнению

I_max= .                                       (7)

Величина I_max не должна превышать 7-8 мА. Такое ограничение предельного тока связано с необходимостью предотвращения нагрева термометра. При прочих равных условиях I_max зависит от величины сопротивления R₅ , определяемой по уравнению

R₅= .                                  (8)

Минимальное сопротивление R₅ рассчитывают по уравнению (8) при i_max = 7 - 8 мА.

Действительное значение сопротивления R₅ должно превышать R_5min .

Описание установки и методика проведения работы

Схема лабораторной установки приведена на рисунке 1.2. Установка предназначена для экспериментальной проверки рассчитанных сопротивлений измерительной схемы при изменении пределов измерения равновесного моста.

При выполнении работы используется автоматический электронный равновесный мост КСМ-2, шкала которого пересчитывается, и три магазина сопротивлений МСР с интервалом измерения сопротивления  Ом. Один из них заменяет термометр сопротивления R_t , а два других – сопротивление измерительной схемы моста R₁ и R (рисунок 1.1). Для изменения пределов измерения моста рассчитывают величины сопротивлений измерительной схемы R₁, R_пр и R .

Проверку соответствия заданных и полученных пределов измерения моста производят путём набора на магазине 2 сопротивлений, равные R_tmin и R_tmax. Полученные в результате расчёта пределы измерения шкалы прибора могут несколько отличаться от заданных, так как сопротивления нерабочих витков реохорда и соединительных проводов при расчёте не учитывались. В случае несовпадения заданных и полученных пределов измерения для подгонки начала и конца шкалы прибора изменяют величину сопротивления R на магазине 4 до полного совпадения положений стрелки моста, соответствующих R_tmin и R_tmax, с крайними рисками его шкалы.

Результаты расчёта и корректировки сопротивлений измерительной схемы моста заносят в таблицу. Для поверки равновесного моста с полученными в результате подгонки пределами измерения набирают на магазине R_t сопротивления, равные сопротивлениям термометра, в диапазоне температур от t_min до t_max с заданным преподавателем интервалом.

Рисунок 1.2 - Схема установки для экспериментальной проверки рассчитанных сопротивлений при изменении пределов измерения равновесного моста и его поверки: 1 - равновесный мост КСМ-2; 2, 3, 4 - магазины сопротивлений, заменяющие сопротивления Rt, R1 и R.