Расчет измерительной схемы автоматических электронных уравновешенных мостов

Оглавление

 

Введение

1. Расчет измерительной схемы автоматических электронных уравновешенных мостов

2. Расчет измерительной схемы автоматического потенциометра

Список литературы

Приложения

 

Введение

 

В измерительной технике широкое применение нашли схемы уравновешенных и неуравновешенных мостов. Для работы в комплекте с термометрами сопротивления распространение получили автоматические электронные уравновешенные мосты с переходными устройствами благодаря наличию у них следующих достоинств:

-  высокой чувствительности;

-  компенсации погрешности из-за влияния температуры на сопротивление соединительных проводов от термометра сопротивления к измерительному прибору;

-  малой погрешности из-за нагрева термометра сопротивления к измерительным токам;

-  нечувствительности измерительной схемы к изменению переходного сопротивления контакта реохорда, а также действия термо - и контактных ЭДС;

-  линейности шкалы;

-  незначительной чувствительности к колебаниям питающего напряжения (не нужен стабилизированный источник питания).

Приборостроительной промышленностью серийно выпускаются модификации комплексов автоматических электронных мостов и в большинстве случаев из их числа имеется возможность подобрать серийный прибор с типовой измерительной схемой. Однако, в процессе проведения технических измерений в промышленности или при исследованиях, а также в случае использования нестандартных измерительных преобразователей возникает необходимость переградуировки шкалы измерительного моста, то есть определить численные значения некоторых ее элементов.

 

Рисунок 1.1 - Измерительная схема автоматического электронного уравновешенного моста

ЭУ - электронный усилитель;

РД - реверсивный двигатель

 

На рисунке 1 показана измерительная схема автоматического электронного уравновешенного моста с термометром сопротивления, включенным по принципу трехпроводной цепи.

В измерительную схему, которая является типовой, входят следующие элементы: уравновешивающий реохорд R_p; шунтирующий резистор R_ш, ограничивающий ток реохорда; резисторы R_н и R_к; определяющие начальное и конечное значение (диапазон показаний) шкалы, соответственно, резисторы r_н и r_к, выполненные в виде спирали из манганиновой проволоки с d = 0,2 0,3 мм и I≈100 мм, предназначенные для тонкой подгонки шкалы и являющиеся частями резисторов R_н и R_к; постоянные плечи моста R₁, R₂, R₃; переменное плечо моста - термометр сопротивления Rт; балластный резистор R_Б, ограничивающий ток через плечи моста для обеспечения минимального нагрева терморезистора; подгоночные резисторы r_п1 и r_п2, доводящие сопротивление каждой ветви соединительной линии rл до значения 2,5±0,01 Ом (условия градуировки по паспорту прибора). Сопротивление терморезистора вместе с соединительными проводами не должно превышать 200 Ом.

Одним из самых совершенных методов измерения, позволяющем измерять малые величины с высокой точностью, является компенсационный метод. Для измерения малых значений ЭДС используются автоматические компенсаторы постоянного тока, называемые автоматическими потенциометрами, когда они работают в комплекте с термопарами /3/. На входе такого компенсатора используется измерительное устройство сравнения напряжений, в котором измеряемая термо-ЭДС и компенсирующее напряжение, а также входная цепь усилителя некомпенсации включены последовательно. То есть в автоматическом потенциометре термо-ЭДС непрерывно компенсируется напряжением, снимаемым с реохорда измерительной цепи, которое является выходным напряжением неуравновешенной мостовой измерительной схемы. Следовательно, в основу построения автоматического потенциометра положена измерительная схема неуравновешенного моста.

Для обеспечения высокой чувствительности и линейности шкалы автоматического потенциометра необходимо обеспечить:

-  постоянство сопротивления реохорда;

-  стабильность тока, протекающего по реохорду;

-  постоянство температуры свободных концов и чувствительности термопары.

Постоянство сопротивления реохорда обеспечивается применением для его изготовления проволоки из палладий-вольфрамового сплава ПдВ-20, имеющей высокостабильное удельное сопротивление, обладающей износоустойчивостью и антикоррозионными свойствами.

Необходимая стабильность измерительного тока, протекающего по реохорду, обеспечивается применением высокостабильного источника напряжения для питания измерительной схемы.

При проведении технических измерений в промышленности практически невозможно добиться постоянства температуры свободных концов термопары. Поэтому в автоматических потенциометрах применяют компенсацию погрешности, возникающей из-за изменения температуры свободных концов, путем включения медного резистора R_м. Изменение температуры резистора R_м вызывает изменение его сопротивления, но не появляется дополнительное падение напряжения, компенсирующее изменение термо-ЭДС. Эта компенсация происходит автоматически.

Линейность шкалы потенциометра достигается за счет применения высококачественных термопар с постоянной чувствительностью.

На рисунке 2 показана измерительная схема автоматического потенциометра, являющаяся типовой для измерения термо-ЭДС. Ее составными элементами являются /3/:

-  реохорд R_р, который выполняет роль уравновешивающего устройства;

-  шунтирующий резистор R_ш, предназначенный для ограничения тока через реохорд;

-  резисторы R_н и R_к, определяющие начальное и конечное, соответственно, значения (диапазон показаний) шкалы. Резисторы r_н и r_к в виде спиралей являются частями резисторов R_н и R_к и предназначены для точной подгонки шкалы, их сопротивление обычно принимается равным 0,5 0,7 Ом;

-  медный резистор R_м, предназначенный для автоматической компенсации влияния изменения tо - температуры свободных концов термопары;

-  балластный резистор R_А, используемый для ограничения тока в измерительной схеме;

-  сравнительный резистор R_с

-  балластный резистор R_т, ограничивающий ток в цепи источника питания;

-  переменный резистор R_рт для регулирования величины рабочего тока.

Электронный усилитель постоянного тока ЭУ включен в диагональ а-б и является нулевым индикатором. К выходу усилителя подключен асинхронный реверсивный микродвигатель РД.

Для питания измерительной схемы автоматического потенциометра используется стабилизированный источник постоянного тока ИПС, включенный в диагональ в-г. Привод диаграммной ленты отсчетного устройства осуществляется с помощью синхронного микродвигателя СД.

 

Рисунок 2 - Измерительная схема автоматического электронного потенциометра

ЭУ - электронный усилитель;

РД - реверсивный двигатель;

СД - синхронный двигатель

Расчет измерительной схемы автоматических электронных уравновешенных мостов

 

1.1 Тип резистора ТСП; градуировка 20;

 

t_н = 100°С; t_В = 200°С;

R_p = 120 Ом; R_э = 100 Ом;

U = 6,3 В;

I_л = 50 м; ;

 (медный провод);

.

 

По таблице П1 и значениям t_н и t_в определяются значения R_тн = 13,910 Ом и R_тк = 17,703 Ом.

 

, S_л = 3,14∙ (1,5∙10^-3) ²/ 4 = 1,77∙10^-6 м²

, r_л = 1,78∙10^-8∙50/ (1,77∙10^-6) = 0,5028 ≈ 0,53 Ом.

, R_ш = (120∙100) / (120 - 100) = 600 Ом.

Rн = 4,5 Ом.

R2 = Rз = 300 Ом

N = { (R₂ + r_л - R_тн - R_н) ² + 4 ∙ (R₂∙R₄ + r_л∙R_тн + R₂∙R_тк + r_л∙R_н) } = { (300 + 0,53 - 13,910 - 4,5)  + 4∙ (300 ∙ 4,5 + 0,53 ∙ 13,910 + 300 ∙ 17,703 +

+0,53 ∙ 4,5) } = 326

R₁ = ( (R_тн + R_н - R₂ - r_л) + (±N/2)).

R1 = ( (13,910 + 4,5 - 300 - 0,53) + (±326)) / 2 = ( (-282,12) + (±326)) / 2 = (-282,12 + +326) / 2 = 21,94 Ом.

R_п = R₂∙ (R_тк - R_тн) / (R₁ + R₂ + r_л).

R_п = 300 ∙ (17,703 - 13,910) / (21,94 + 300 + 0,53) = 4 Ом.

R_к = (R_э∙R_п) / (R_э - R_п).

R_к = 100 ∙ 4/ (100 - 4) = 4,2 Ом.

R_Б = (U - J_max∙ (R_тн + R_н + R₃ + R_п + r_л)) / (2∙J_max).

R_Б = (6,3 - 0,007 ∙ (13,910 + 4,5 + 300 + 4 + 0,53)) / (2 ∙ 0,007) =

= 288, 57Ом.

r_л =0,53, R₂ = 300 Ом R_Б = 288,57 Ом

R_ш = 600 Ом R_з = 300 Ом

R_н = 4,5 0м R_п = 4 Ом

R₁= 21,94 Ом R_к = 4,2 Ом.