Файл: Автоматизация_Staroverov1.doc

Технические характеристики потенциометров, мостов и милливольтметров

рывно чернилами, а в многоканальных — циклично печатающим устройством. Время прохождения регистрирующей кареткой всей шкалы может изменяться в пределах 1 ... 8 с.

Потенциометры типа КСП4 предназначены для измерения тем­пературы в комплекте с термопарами стандартных градуировок ХА, ХК и ПП и телескопом радиационного пирометра. Класс точности автоматических потенциометров — 0,5.

Технические характеристики основных автоматических потен­циометров помещены в табл. 7.

Рассмотрим принципиальную схему электронного потенцио­метра КСП4 одно канального исполнения (рис. 56). Питание моста

производится от источника стабилизированного напряжения ИСП, который при напряжении 5 В дает ток 5 мА.

Конденсаторы С/, С2 и СЗ совместно с резисторами Я1, Я2 и ЦЗ образуют фильтры, которые устраняют помехи, возникающие в цепи термопары под действием внешних магнитных полей. Как только в цепи термопары 777 появляется разность напряжений между термо ЭДС термопары и уравновешивающим ее напряже­нием реохорда, возникает ток разбаланса, который из постоянного преобразуется вибропреобразователем в переменный и подается на вход усилителя УЭД, состоящего из усилителя напряжения и усилителя мощности. К выходу усилителя мощности подклю­чается одна из обмоток реверсивного исполнительного двигателя РД-09, вторая обмотка которого питается от сети. Конденсаторы С4 и С5 обеспечивают получение сдвига фаз (на 90°). Ротор элек­тродвигателя РД-09 кинематически связан с движком реохорда Я4, пишущим пером диаграммы и с показывающей стрелкой шка­лы. Электродвигатель РД-09 вращается в определенную сторону и движок передвигается по реохорду до наступления компенсации термо ЭДС термопары и уравновешивающего его напряжения, отчего ток разбаланса становится равным нулю и система останавли­вается. Реакция усилителя настолько быстра, что систему можно считать практически безынерционной.

Реохорд выполнен из сплава (палладий с вольфрамом), имею­щего высокую стойкость против истирания, а контакты движка выполнены из сплава золота, серебра и меди.

Синхронный двигатель СД-54 предназначен для перемещения диаграммной ленты. Он питается непосредственно от сети и вклю­чается тумблером Б1. Общее включение прибора осуществляется’ тумблером Б2.

Поверка автоматических потенциометров осуществляется с по­мощью образцовых потенциометров, погрешность которых в 5 раз меньше, чем у поверяемых приборов. При поверке на вход пове­ряемого и образцового потенциометров подается одинаковое на­пряжение от регулируемого питания, с помощью которого ука­затель поверяемого прибора устанавливают на заданную отметку шкалы, а затем измеряют это напряжение образцовым прибором.

Б. ТЕРМОМЕТРЫ СОПРОТИВЛЕНИЯ И ТЕРМИСТОРЫ

В литейных и термических цехах для измерения тем­пературы до 650 °С широко распространен способ, основанный на зависимости электрического сопротивления проводников и полу­проводников от их температуры. Зная зависимость между сопро­тивлением чувствительного элемента и его температурой, можно, замеряя сопротивление, определить значение температуры с весьма высокой точностью (до 0,02 °С).

Чувствительные элементы, выполненные из металлических проводников, называют термометрами сопротивления.

Термометр сопротивления (термочувствительный элемент) пред­ставляет собой металлическую проволоку, намотанную на каркас. К материалу проволоки предъявляется ряд требований. Он должен иметь высокий температурный коэффициент для получения хорошей чувствительности, большое удельное сопротивление, оп­ределяющее его размеры, устойчивость физических свойств при значительных изменениях температуры, хорошую воспроизводи­мость состава, стойкость к воздействиям окружающей среды, линейность и стабильность характеристик во времени.

Лучше других указанным требованиям отвечают платина (ин­тервал температуры +200 ... + 1Ю0^СС) и медь (интервал темпе­ратуры —50 ... +200 °С).

Платиновые термометры сопротивления (ТСП) изготовляют цз проволоки диаметром 0,03 ... 0,1 мм. Намотка выполняется безындукционной (бифилярной), что обеспечивает возможность включения термометра в схему, питаемую как постоянным, так и переменным током. Для каркаса платиновых термометров ис­пользуют плавленый кварц или керамику на основе окиси алюми­ния.

Рис. 57. Конструкция термометра сопротив­ления

Основными недостатками платины являются высокая стоимость, возможность загрязнения н охрупчивания в восстановительной среде.

К достоинствам меди в первую очередь следует отнести низкую стоимость и возможность получения очень тонкой проволоки вы­сокой степени чистоты.

Промышленность выпускает термометры сопротивления уни­фицированной конструкции для измерения температуры газооб­разных и жидких сред (рис. 57). Термометр состоит из чувстви­тельного элемента 6, помещенного в защитный стальной чехол 5, на который приварен штуцер с резьбой 4, служащий для крепле­ния термометра. С помощью проводов, армированных фарфоро­выми бусами 3, чувствительный элемент соединяется с клеммной колодкой 2, расположенной в корпусе 1.

Основные параметры термометров сопротивления приведены в табл. 8.

Выходной сигнал термометров является стандартным, и каж­дому значению температуры соответствует строго нормированное значение сопротивления (ГОСТ 6651—84).

Полупроводниковые термосопротивления (ПТР) или терми­сторы, температурный коэффициент которых в 8—10 раз больше, чем у чистых металлов, получили широкое распространение в ав­томатических системах регулирования температуры. В литейном производстве нх используют как переносные вспомогательные приборы для быстрого измерения температуры охлаждающихся отливок.

В зависимости от материала термисторы подразделяют на медно-марганцевые (ММТ) и кобальтомарганцевые (КМТ). Диапа­зон измеряемых ими температур —70 ... +180 °С. Конструктивно их выполняют в виде небольших цилиндров, дисков, шайб, бу-

Таблица 8

Технические характеристики термометров сопротивления

синок, помещенных в защитный металлический или стеклянный баллон.

Значения сопротивления термистора и его температурного коэффициента а весьма велики, что обеспечивает высокую точ­ность измерения температуры. К недостаткам термисторов отно­сится сравнительно низкая стабильность параметров. Выпускае­мые промышленностью термисторы имеют разброс ро сопротивле­нию до +20 % от номинала, что затрудняет их взаимозаменяе­мость.

В качестве вторичных приборов, работающих с термометрами сопротивления, в промышленности нашли применение логометры и уравновешивающие мосты (ручные и автоматические).

Логометры являются приборами магнитоэлектрической системы, предназначенными для измерения соотношения двух токов — в цепях термометра и постоянного резистора.

Подвижная система логометра (рис. 58) состоит из двух скре­щенных под углом 15—20° и жестко связанных между собой ра­мок /?_р1 и #_ра. Они изготовлены из тонкой изолированной медной проволоки и могут поворачиваться в двух керновых опорах. Магнитная система логометра подобна магнитной системе милли­вольтметра и отличается от нее только формой воздушного зазора между магнитопроводом 1 и полюсными наконечниками 2. В ло­гометрах воздушный зазор уменьшается от центра полюсных наконечников к их краям, благодаря чему магнитная индукция увеличивается от центра к краям приблизительно по квадратичному закону. Подвод тока к рамкам осуществляется через спиральные пружины с малым противодействующим моментом. С помощью этих пружин обеспечивается возврат рамок и жестко связанной с ним стрелки 3 в исходное положение при отключении источника б.

Рис. 59. Схема уравновешивающего моста с ручной компенсацией

І—ф5—-

лого-

Рамки получают питание от одного источника: в цепь первой рамки включен постоянный резистор В.1, а в цепь второй рамки — постоянный резистор Ц2 и переменное сопротивление термометра сопротивления Постоянные резисторы Я1 и Я2 изготовляют из манганина. Так как вращающие моменты М_х и М_я рамок на­правлены навстречу друг другу, то при их равенстве подвижная система находится в покое.

Допустим, что в начальном состоянии /?_р1 + + /?( —

— + Я*, следовательно, токи рамок равны (1_г — /_а) и под­

вижная система занимает положение, симметричное относительно оси магнитной системы. При повышении температуры контроли­руемой среды сопротивление термометра возрастает, что при­водит к уменьшению тока /₈ и вращающего момента М_я второй рамки. Подвижная система под действием большего момента начнет поворачиваться по часовой стрелке, причем вторая рамка будет переходить в зону большей, а первая рамка — в зону мень­шей магнитной индукции. В определенном положении подвижной системы вновь наступит равновесие.

Таким образом, угол поворота подвижной системы можно рассматривать как функцию сопротивления термометра.

В настоящее время промышленность выпускает только пока­зывающие логометры марок Л-64, Л-64И, Л-64-02 с градуировками Гр. 21, Гр. 22, Гр. 23, внешним сопротивлением 5 и 15 Ом и клас­сом точности 1,5.

Уравновешенные мосты выпускают двух типов: лабораторные (с ручной компенсацией) и технические (автоматические).

Рассмотрим принципиальную схему уравновешенного моста с ручной компенсацией (рис. 59). Уравновешенный мост состоит из трех резисторов Я1, /?2 и /?3, реохорда /?_р, термометра со­противления источника питания б, нуль-гальванометра РА, включенного в диагональ моста А Б, и уравновешивающихся ка­тушек 7?_л. Работа прибора заключается в следующем. Если между значениями сопротивлений плеч достигается соотношение (/?_г -}- + ^гг) (Ра + *я) = Кв/Яг, то в диагонали моста А Б ток отсутствует. При повышении температуры сопротивление изменится и на­рушится равновесие моста. В диагонали моста появится ток, на­правление которого зависит от изменения температуры. Чтобы измерить температуру, необходимо систему привести в равнове­сие. Для этого вручную изменяют соотношение сопротивлений реохорда г_х и г_а до тех пор, пока стрелка нуль-гальванометра не установится на нулевую отметку. По положению движка реохорда определяют температуру среды, в которую помещен термометр сопротивления. В рассмотренном приборе напряжение источника питания не оказывает влияния на показания прибора. Однако сильное снижение напряжения приводит к уменьшению чувстви­тельности нуль-гальванометра, а чрезвычайно высокие напряже­ния вызовут дополнительный нагрев чувствительного элемента.