Лабораторна робота № 4. Мета роботи - вивчити принципи побудови компенсаційних схем вимірювання сигналів первинних вимірювальних перетворювачів

ДОСЛІДЖЕННЯ КОМПЕНСАЦІЙНОГО МЕТОДУ ВИМІРЮВАННЯ ТЕМПЕРАТУРИ

Мета роботи - вивчити принципи побудови компенсаційних схем вимірювання сигналів первинних вимірювальних перетворювачів, які перетворюють технологічні параметри в ЕРС.

4.1. Основні теоретичні відомості

Для виміру температури поряд з дилатометричними, пневматичними, біметалевими, полупровідниковими первинними перетворювачами температури (ППТ) широко використовуються термопари.

Термопари найчастіше використовуються при вимірюванні високих температур (+100...1600° С). Робота їх заснована на принципі термоелектричного ефекту. При з'єднанні кінцями двох різнорідних металевих провідників крізь них потече електричний струм, пропорційний різниці температур у місцях їх з'єднань за рахунок виникаючої термоЕРС. Якщо включити в розрив цього кола міліамперметр, він покаже термоЕРС, пропорційну температурі "гарячого" та "холодного" спаїв термопари. Звичайно з'єднання провідників роблять в одному місці (гарячий спай), а два інших кінця провідників (холодний спай) з'єднують з вимірювачем термоЕРС.

ЕРС може бути визначена з виразу

де ε - термоелектрична постійна термопари; θ₁ та θ₂-температура відповідно гарячого та холодного спаїв.

Найбільше використання знаходять такі типи термопар:

Платина - платинородій (ПП) ε = 0,64 мВ/100° С, θ _lтах = 1300° С ;

Хромель - алюмель (ХА) ε = 4,1 мВ/100° С, θ _lтах = 1000°С.

Хромель - копель (ХК) ε = 6,95 мВ/100° С, θ _lmах = 600° С, де θ _lтах-максимально можлива температура гарячого спая.

Для вимірювання сигналу термопари може бути використана компенсаційна схема виміру ЕРС, показана на рис.4.1, де ТП - термопара, НЕ - нормальний елемент.

Рис.4.1

Робота схеми протікає таким чином. При переведенні перемикача П1 в положення "К" і переведенні повзуна реохорда Rp в крайнє ліве положення (Rp =0) з допомогою реохорда Rд встановлюють певне значення робочого струму lр шляхом отримання нульового показання гальванометра Г.

В цьому випадку I_Р (R₅ +RД) = u_he , тоді робочий струм.

Потім перемикач П1 переводять в положення "В" і роблять вимірювання ЕРС термопари зміною положення повзуна реохорда R_P, знову добиваючись нульового показу гальванометра. В цьому випадку має місце рівність

Оскільки Еθ пропорційно різниці температур гарячого і холодного спаїв, то температуру θ_Тможна визначити, знаючи температуру холодного спая θ_ХС, з виразу

де Еθ - значення термоЕРС, визначене рівністю (4.2).

В електронному автоматичному потенціометрі урівновага вимірювальної схеми проводиться автоматично, як показано на рис. 4.2.

Рис. 4.2

Робота вимірювальної схеми потенціометра аналогічна роботі схеми моста. При появі сигналу розбіжності U_X починає працювати двигун М, який переміщує повзун реохорда R_P до того часу, поки сигнал розбіжності не буде дорівнювати нулю. Оскільки вимірювання проводиться на постійному струмі, в схемі передбачений віброперетворювач (ВП), який перетворює сигнал розбіжності постійної напруги у змінний сигнал. Це необхідно для підвищення точності і стабільності підсилювача. Треба відзначити, що в електронних мостах при живленні вимірювальної схеми постійним струмом також використовується віброперетворювач.

Як видно з схеми рис, 4.2, ЕРС термопари порівнюється з різницею потенціалів φ_A-φ_B, тобто ΔU_X=Eθ -( φ_A -φ_B).

У вимірювальній схемі використаний мідний опір R_M , залежний під температури повітря у приладі. Очевидно, що із зміною температури повітря буде змінюватись потенціал φ внаслідок зміни величини R_M. Отже, ЕРС термопари порівнюється з напругою U= φ_A- φ_B , залежною від температури навколишнього середовища, що призводить до автоматичного додатку до ЕРС термопари, який враховує температуру холодних кінців термопари, призводячи її кожного разу до розрахункового значення температури, який дорівнює 0°С.

При натисканні кнопки "К" відбувається підключення НЕ і механічне підключення до двигуна повзуна реостата R_Д , який регулює струм в корлі реохорда R_P .У той же час проводиться контроль точності роботи потенціометра.