Файл: Боронихин А.С. Основы автоматизации производства и контрольно-измерительные приборы на предприятиях промышленности строительных материалов учеб. для техникумов.pdf

печить постоянство тока в компенсирующем реохорде. Э. д. с. нор­ мального элемента при температуре 20° С равна 1,01860 В. Нормаль­ ный элемент нельзя нагружать током более 10 мкА, так как это может вызвать невосстанавливаемые изменения его э. д. с.

Принципиальная схема потенциометра с контрольной цепью показана на рис. III. 14. Сухой элемент СЭ питает реохорд R p по­ следовательно через эталонное сопротивление /?Нэ и регулируемое сопротивление R B- При измерении т. э. д. с. термопары Т переключа­ тель находится в положении И. Для контроля тока в цепи реохор­ да, или, как говорят, для стандартизации тока, переключатель П

Рис. III.14. Схема потенциометра с контрольной цепью

ставят в положение R. При этом термопара Т отключается от схе­ мы, а нормальный элемент НЭ подключается так, что его напряжение сравнивается с напряжением на эталонном сопротивлении ДнэВеличина эталонного сопротивления выбрана так, чтобы при про­ текании по нему номинального для данного прибора тока падение напряжения на сопротивлении R нэ было бы точно равно напряже­ нию нормального элемента (1,0186 В). Таким образом, при перево­ де ключа К влево нуль-прибор должен показывать нуль. Если ток в измерительной цепи станет меньше номинального, то НП при стан­ дартизации не будет показывать нуль. В этом случае необходимо уменьшать регулируемое сопротивление R B д о получения нуля на нуль-приборе. Следовательно, при стандартизации снижение напряжения сухого элемента компенсируется уменьшением сопро­ тивления R B и величина напряжения на реохорде R p сохраняется

постоянной.

В компенсационных схемах нуль-гальванометр является при­ бором, служащим только для обнаружения тока, а не для его изме­

4 4

рения. Точность измерения компенсационным методом зависит от чувствительности нуль-прибора.

Потенциометры выпускают с ручным и автоматическим управле­ нием. В современных автоматических электронных потенциометрах в качестве нуль-прибора используют электронный усилитель с боль­ шим коэффициентом усиления. Неавтоматическими потенциомет­ рами с ручным управлением, т. е. с ручной подгонкой переменного сопротивления, измеряют температуры в лабораторных условиях и проверяют показания промышленных приборов.

Автоматические потенциометры широко применяют для изме­ рения, записи и регулирования температуры в комплекте с термо­ парами стандартных градуировок. Кроме того, потенциометры ис­ пользуют как вторичные приборы, работающие с различными пре­ образователями постоянного тока и напряжения. Потенциометры могут измерять параметр в одной или нескольких точках, поэтому их подразделяют на одноточечные и многоточечные (3, 6, 12 и 24 точки). Точки контроля переключают вручную или автоматически

§ ІІІ.6. ТЕРМОМЕТРЫ СОПРОТИВЛЕНИЯ И ВТОРИЧНЫЕ ПРИБОРЫ

Термометры сопротивления применяют для измерения темпера­ туры от —200 до +650° С. Их действие основано на свойстве метал­ лов увеличивать электрическое сопротивление при нагревании. Теплочувствительный элемент термометра сопротивления пред-, ставляет собой тонкую проволоку (медную или платиновую), спи­ рально намотанную на каркас и заключенную в чехол. Длина, сечение и электрическое сопротивление проволоки при температу­ ре 0° С строго определенные. Измеряя прибором сопротивление термометра сопротивления, можно точно определить его температу­ ру. Чувствительность термометров сопротивления определяется температурным коэффициентом сопротивления материала, из ко­ торого сделан термометр, т. е. относительным изменением сопротив­ ления термометра при нагревании его на Г.

Электрическое сопротивление металлических проводников су­ щественно изменяется в зависимости от температуры. Так, например, сопротивление термометра, выполненного из платиновой прово­ локи, изменяется примерно на 0,36% при изменении температуры на Г. Зависимость между электрическим сопротивлением металлов и их температурой может быть выражена следующей формулой:

— До (1 + а 4).

Например, электрическое сопротивление платиновой проволоки при нагревании от 0 до 500° С увеличивается почти в 3 раза, мед­ ной проволоки при нагревании от 0 до 100° С — в 1,5 раза.

45

Достоинствами электрических термометров сопротивления яв­ ляются: хорошо читаемая шкала у вторичных приборов, градуи­ ровка шкалы вторичного прибора на любой температурный ин­ тервал в пределах допустимых температур, возможность сосредо­ точения через переключатель на одном измерительном устройстве показаний нескольких температурных точек, находящихся в раз­ ных местах, автоматическая запись теплового режима при помощи самопишущих приборов, применение автоматического регулирова­ ния температуры и др.

Термометр сопротивления (рис. III. 15) состоит из чувствитель­ ного элемента 1 — платиновой проволоки диаметром 0,05—0,07 мм или медной проволоки диаметром 0,1 мм,—защищенного арматурой 2. В верхней части термометра имеется литая алюминиевая соедини­ тельная головка. Медный чувствительный элемент ТСМ применяют для измерения температур от —50 до +180° С, а платиновый ТСП— от —200 до +650° С (см. таблицу).

Классификация термометров сопротивления

46

Широкое применение в качестве температурных преобразовате­ лей находят полупроводниковые термосопротивления (термисто­ ры). Они характеризуются большим отрицательным температур­ ным коэффициентом. Это значит, что с повышением температуры сопротивление термисторов уменьшается, причем относительное из­ менение сопротивления их значительно больше, чем термометров сопротивления, и достигает 6% на Г С. Сопротивление и темпера­ турный коэффициент отдельных экземпляров термосопротивлений даже одного и того же типа неодинаковы. Поэтому при использова­ нии термисторов в качестве температурных преобразователей для измерения температуры требуется индивидуальная подгонка граду­ ировки измерительного прибора в каждом отдельном случае.

В комплекте с термометром сопротивления могут работать элек­ троизмерительные приборы, фиксирующие изменения сопротивле­ ния: логометры и автоматические электронные мосты.

Логометры являются магнитоэлектрическими приборами, у ко­ торых в отличие от пирометрических милливольтметров подвижная система состоит не из одной рамки, а из двух, расположенных одна под углом к другой и жестко скрепленных между собой на отдель­ ной оси. Угол поворота рамок <р, а следовательно, и стрелки, скреп­ ленной с ними, будет функцией отношения токов в обеих рамках:

где ц и г2 — токи, протекающие по рамкам.

Действие логометра заключается в следующем. В поле посто­ янного магнита NS (рис. III.16) помещают две рамки А и Б, скреп­ ленные между собой. Рамки могут вращаться. Ток, идущий от источника тока Е, разветвляется в точке 1 и проходит с одной сто­ роны через постоянное сопротивление R в обмотку рамки Б, ас дру­ гой— через термометр сопротивления ТС в обмотку рамки А. Пройдя обмотки, оба электрических тока іх и г2 встречаются в точке 2 и направляются к точке 3. Катушки рамок намотаны таким обра­ зом, что проходящий по ним ток создает моменты вращения, на­ правленные в противоположные стороны.

Как видно из схемы, подвижная система рамки вращается в за­ зоре между башмаками магнита NS и сердечником 4, имеющим фор­ му эллипса. Ширина зазора по пути вращения рамок неодинакова, вследствие чего и магнитное поле будет неодинаково: там, где за­ зор меньше, магнитное поле сильнее, и наоборот. Проходя по об­ мотке рамки А, ток і2 создает момент вращения М г, направленный по часовой стрелке; ток іг создает момент вращения М 2, направлен­ ный в противоположную сторону. Если сопротивления R и ТС рав­ ны, то іг = г2, а Mj = М2.

При увеличении сопротивления термометра ТС (из-за нагрева­ ния) величина тока і2 станет меньше, а вместе с этим уменьшится и момент Mlt вследствие чего рамки начнут поворачиваться в на­ правлении против часовой стрелки. При этом рамка Б, по которой течет ток большей силы, попадает в область более широкого за­

47

зора, где магнитное поле слабее, а рамка А, наоборот, в область более сильного поля. Так как моменты вращения М 2 и М г прямо пропорциональны напряжению магнитного поля, то величина мо­ мента М 2 начнет уменьшаться, а величина момента М г, наоборот, увеличиваться. Находясь в полях неодинаковой силы, рамки А и Б снова вернутся в равновесное положение. Это произойдет тогда, когда моменты М х и М г сравняются по величине. ТокиіТ и іг про­ порциональны напряжению источника тока Е и при его изменении также изменяются в одинаковой степени. Следовательно, показания логометра не завйсят от напряжения источника тока. Практически логометр не вносит дополнительной погрешности, если напряжение питания колеблется в пределах ±20% .

На рис. III. 17 дана схема включения логометра ЛПр в комплекте с термометром сопротивления. На задней панели прибора А рас­ положены четыре клеммы. Термометр сопротивления ТС подклю­ чен к клеммам 1 и 2, а источник питания Б (напряжением 4 В)— к клеммам 1 и 3, причем плюс подключен к клемме 3. Клемма 4 па­ нели предназначена для проверки правильности установки прибора. Для проверки установки логометра соединительный провод с клем­ мы 2 логометра соединяют с клеммой 4. Провода у ТС закорачивают. Если при включении питания стрелка логометра устанавливается на красной черте шкалы, то это указывает на правильность монта­ жа и симметричность соединительных линий по сопротивлению.

Для измерения и записи температуры применяют щитовой про­ фильный самопишущий логометр ЛСІДПр. Этот логометр представ­ ляет собой показывающий самопишущий прибор, который в одно­ точечном или многоточечном (до шести точек) исполнении имеет устройство для двухили трехпозиционного регулирования. Основ­ ные узлы прибора — измерительный механизм, лентопротяжный механизм, коммутирующее устройство и привод кинематической

мов осуществляется от двигателей при помощи зубчатых передач. Лентопротяжный механизм служит для продвижения диаграммной ленты. Скорость продвижения ленты (20 или 40 мм/ч) изменяют пере­ становкой соответствующей пары зубчатых колес в редукторе. Механизм записи служит для нанесения показаний прибора на диа­ граммную ленту и состоит из профильного кулачка, который подни­ мает и опускает падающую дужку. Дужка через красящие ленты печатает на диаграмме измеряемую температуру. Одновременно с подъемом дужки поворачиваются на определенный угол храпо­ вик и качалки красящих лент, а через винтовую пару — щетки пе­ реключателя термометров сопротивления.

В качестве вторичного прибора, работающего в комплекте с тер­ мометром сопротивления, помимо логометра могут быть применены уравновешенные электрические измерительные мосты. Измеритель-

48

ные мосты выпускают с ручным и автоматическим управлением. На рис. III. 18 показана схема измерения сопротивления термометра сопротивления уравновешенным мостом.

Уравновешенный электрический мост состоит из сопротивлений,

определенное положение ползуна Д, обеспечивающее равновесие схе­ мы. Если с осью ползуна Д связать стрелку, перемещающуюся по соответственно градуированной шкале, то стрелка в момент равно­ весия измерительного моста будет показывать температуру, изме­ ряемую термометром сопротивления # тс. На положение стрелки такого прибора в момент равновесия не будут оказывать влияния колебания питающего напряжения. Почти во всех современных элек­ тронных измерительных приборах (и в автоматических электрон­ ных мостах) используют компенсационный (или нулевой) метод из­ мерения, причем компенсация (или уравновешивание) осуществля­ ется автоматически.

Электронный автоматический уравновешенный мост вместе с термометром сопротивления представляет собой прибор, предна­ значенный для измерения, записи и регулирования температуры. Электронные мосты подразделяют по числу точек измерения и за­ писи на одноточечные и многоточечные (1, 3, 6, 12 и 24-точечные), а по форме диаграммы, на которой производится запись, — на при­ боры с ленточной и дисковой диаграммами. Электронные мосты — весьма точные приборы; их выпускают с классом точности 0,25 и 0,5.

49