Salīdzinošā metode ar mēru

Mērīšanas tehnoloģijā nereti precizitātes uzlabošanai izmanto metodi, kuras pamatā ir izmērītā daudzuma vērtības salīdzināšana ar speciāla mēra reproducētā daudzuma vērtību. Šajā gadījumā tiek mērīts atšķirīgais (diferenciālais) signāls, un, tā kā mērījumam parasti ir neliela kļūda, tiek nodrošināta augsta mērījumu precizitāte.

Šī metode ir mērīšanas tiltu un potenciometru darbības pamatā.

Parasti mēra reproducētā vērtība tiek koriģēta, un mērīšanas procesā tās vērtība tiek iestatīta tieši vienāda ar izmērītās vērtības vērtību.

Mērot tiltus, kā tāds mērs tiek izmantotas pretestības - reohordi, ar kuru palīdzību tiek līdzsvarota termiskā devēja pretestība, kas mainās, mainoties objekta temperatūrai.

Mērīšanas potenciometros parasti izmanto stabilu sprieguma avotu ar regulētu izeju. Mērījumu gaitā, izmantojot šāda avota spriegumu, tiek kompensēts sensora radītais EML. Šajā gadījumā šo mērīšanas metodi sauc par kompensāciju.

Abos gadījumos turpmāko ierīču (ierīču) uzdevums ir tikai reģistrēt mērītās vērtības un mēra vienādības faktu, tāpēc prasības tām tiek būtiski samazinātas.

Temperatūras noteikšana, mērot tiltus

Kā piemēru apsveriet mērīšanas tilta darbības principu manuālajā režīmā.

1.a attēlā parādīta tilta shēma noteikta objekta temperatūras Θ mērīšanai, lai kontrolētu VAI (vai mērītu OI). Šādas shēmas pamatā ir slēgta četru rezistoru RTC, Rp, Rl, R2 ķēde, kas veido tā sauktās tilta sviras. Šo rezistoru savienojuma punktus sauc par virsotnēm (a, b, c, d), bet līnijas, kas savieno pretējās virsotnes (a-b, c-d), sauc par tilta diagonālēm. Viena no diagonālēm (c-d, 1.a zīm.) tiek piegādāta ar barošanas spriegumu, otra (a-b) ir mērīšanas vai izvades. Šādu ķēdi sauc par tiltu, kas piešķir nosaukumu visai mērīšanas ierīcei.

RTC rezistors ir primārais temperatūras mērīšanas devējs (termistors), kas atrodas mērīšanas objekta tiešā tuvumā (bieži vien tā iekšpusē) un ir savienots ar mērīšanas ķēdi, izmantojot līdz pat vairākus metrus garus vadus.

Galvenā prasība šādam termiskajam pārveidotājam ir tā aktīvās pretestības RTC lineārā atkarība no temperatūras vajadzīgajā mērījumu diapazonā:

kur R0 ir termiskā pārveidotāja nominālā pretestība temperatūrā Θ0 (parasti Θ0 = 20 °C):

α — temperatūras koeficients atkarībā no termiskā pārveidotāja materiāla.

Visbiežāk izmantotie metāla termistori TCM (varš) un TSP (platīns) dažreiz tiek saukti par metāla termistoriem (MTP).

Mainīgais rezistors Rp ir augstas precizitātes reohords (mērījums), par ko tika runāts iepriekš, un tas kalpo mainīgā RTC līdzsvarošanai. Rezistori R1 un R2 pabeidz tilta ķēdi. Ja to pretestības ir vienādas R1 = R2, tilta ķēdi sauc par simetrisku.

Turklāt Fig. 1.a attēlota nulles ierīce (NP) tilta līdzsvara fiksēšanai un bulta ar skalu, kas graduēta Celsija grādos.

Rīsi. 1. Temperatūras mērīšana, mērot tiltus: a) manuālajā režīmā; b) automātiskajā režīmā

No elektrotehnikas ir zināms, ka tilta līdzsvara (līdzsvara) nosacījums tiek realizēts, kad tilta pretējo atzaru pretestību reizinājums ir vienāds, t.i., ņemot vērā sensoru savienojošo vadu pretestību:

kur Rp = Rp1 + Rp2 ir vadu pretestību summa; vai simetriskam tiltam (R1 = R2)

Šajā gadījumā mērīšanas diagonālē nav sprieguma, un nulles ierīce norāda uz nulli.

Mainoties objekta temperatūrai Θ, mainās RTC sensora pretestība, tiek izjaukts līdzsvars, un tas ir jāatjauno, pārvietojot bīdāmās stieples slīdni.

Šajā gadījumā kopā ar slīdni bultiņa virzīsies pa skalu (punktētās līnijas 1.a attēlā apzīmē mehānisko savienojumu starp slīdni un bultiņu).

Nolasījumi tiek veikti tikai līdzsvara brīžos, tāpēc šādas shēmas un ierīces bieži sauc par balansētiem mērīšanas tiltiem.

Attēlā parādītās mērīšanas ķēdes galvenais trūkums. 1.a, ir kļūdas klātbūtne, ko izraisa vadu pretestība Rp, kas var mainīties atkarībā no apkārtējās vides temperatūras.

Šo kļūdu var novērst, izmantojot sensora pievienošanas trīs vadu metodi (sk. 1.b attēlu).

Tās būtība slēpjas apstāklī, ka ar trešā vada palīdzību padeves diagonāles augšējais «c» tiek virzīts tieši uz termisko pretestību, un divi atlikušie vadi Rп1 un Rп2 atrodas dažādās blakus plecās, t.i. simetriska tilta līdzsvara stāvokli pārveido šādi:

Tādējādi, lai pilnībā novērstu kļūdu, pietiek ar to pašu vadu izmantošanu (Rp1 = Rp2), pievienojot sensoru tilta ķēdei.

Automātiska temperatūras kontroles sistēma

Lai ieviestu automātisko mērīšanas režīmu (1.b att.), pietiek ar mērīšanas diagonāles nulles ierīces vietā pievienot fāzēm jutīgu pastiprinātāju (U) un reversīvo motoru (RD) ar pārnesumkārbu.

Atkarībā no objekta temperatūras izmaiņu rakstura manevrēšanas ceļš pārvietos RP slīdni vienā vai otrā virzienā, līdz tiek izveidots līdzsvars. Spriegums pāri a-b diagonālei pazudīs un motors apstāsies.

Turklāt, ja nepieciešams, dzinējs pārvietos indikatora rādītāju un ierakstītāju (PU), lai ierakstītu rādījumus diagrammas joslā (DL). Grafikas joslu ar nemainīgu ātrumu darbina sinhronais motors (SM).

No automātiskās vadības teorijas viedokļa šī mērīšanas iekārta ir automātiskās kontroles (SAK) temperatūras sistēma un pieder servo sistēmu klasei ar negatīvu atgriezenisko saiti.

Atgriezeniskās saites funkcija tiek veikta, mehāniski savienojot motora vārpstu RD ar ierakstu Rp. Iestatījuma punkts ir TC termopāris. Šajā gadījumā tilta ķēde veic divas funkcijas:

1. salīdzināšanas ierīce

2.pārveidotājs (ΔR uz ΔU).

Spriegums ΔU ir kļūdas signāls

Reversais motors ir izpildelements, un izejas vērtība ir 1 bultiņas (vai ierakstīšanas vienības) kustība, jo katra SAC mērķis ir sniegt informāciju par kontrolēto vērtību cilvēka uztverei ērtā formā.

KSM4 mērtiltiņa faktiskā ķēde (2. att.) ir nedaudz sarežģītāka nekā attēlā redzamā. 1.b.

Rezistors R1 ir ieraksts — augstas elektriskās pretestības vads, kas uztīts uz izolētas stieples. Kustīgais motors slīd pa slīdvadu un pa vara kopni paralēli slīdvadam.

Lai samazinātu motora pārejošās kontakta pretestības ietekmi uz mērījuma precizitāti, dažādās tilta atzaros ir iekļautas divas bīdāmās stieples daļas, kas atdalītas no motora.

Atlikušo rezistoru mērķis:

• R2, R5, R6 — manevrs, lai mainītu mērījumu robežas vai skalas diapazonu,

• R3, R4 — lai iestatītu (izvēlētos) temperatūru skalas sākumā,

• R7, R9, P10 — pabeigt tilta ķēdi;

• R15 — lai regulētu vadu Rп pretestību vienādību dažādās tilta atzaros,

• R8 — lai ierobežotu termistora strāvu;

• R60 — lai ierobežotu pastiprinātāja ieejas strāvu.

Visi rezistori ir izgatavoti no manganīna stieples.

Tilts tiek darbināts ar maiņstrāvas spriegumu (6,3 V) no speciāla tīkla transformatora tinuma.

Pastiprinātājs (U) — fāzes jutīga maiņstrāva.

Reversīvais motors (RD) ir divfāžu asinhronais motors ar iebūvētu pārnesumkārbu.

Rīsi. 2. KSM4 ierīces shēma vienkanāla temperatūras mērīšanas režīmā.