Файл: Информационно-измерительная техника [сборник]..pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 04.08.2024

Просмотров: 96

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

-ж -

соответствии с описанной структурной схемой был создан действу­ ющий макет ИИС для определения температурного поля. В системе использован автоматический компенсатор типа ЭПП-09 на 12 точек, в котором установлен дополнительный пишущий узел - шаговый дви­

гатель

с цифровым барабаном:

 

 

 

Весь

диапазон

измерения системы

0 * 200°с

разбит на 20 пре­

делов, регистрируемых в цифровой форме. Шкала автоматического

компенсатора отградуирована в пределах от S

до

+13°с.

Результат измерения фиксируется на ленте

стандартной ширины

в виде

суммы: цифры, отпечатанной о помощью цифрового барабана

t n

и

отсчета

At

по графику.

 

 

Если измеряемая величина находится в установившемся режиме

или близка к нему

/ т . е . ,

когда t n

*= const

'/, то такая сис­

тема регистрации позволяет получить наглядный график изменения температуры во времени с погрешностью ± 0,2°С.

Система рассчитана на подключение 18 датчиков, коммутация которых производится переключателем того же компенсатора.

Л И Т Е Р А Т У Р А

1 . В. Я. А р т е м ь е в , Е. А. С т а р о о е л ь ц е в а .

Настоящий

с б . , отр. 3

2 .

2. С . С . Х р и з м а н .

Цифровые измерительные приборы и

системы,

"Наукова

думка", 1970.

3. В. Н. X л

и о т у

н о

в. Основы цифровой электроизмери­

тельной техники.

Изд.

"Энергия",1966.


- 32 -

В.Я.Артемьев . Е.А.Старосельцева

ОВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТИ ДАТЧИКОВ

СЧУВСТВИТЕЛЬНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ СОПРОТИВЛЕНИЯ

Одним из требований, предъявляемых к измерительным преобразо­ вателям физических величин в электрические /датчикам /, являет­ ся взаимозаменяемость, позволяющая использовать их в информаци­ онно-измерительных системах', а также легко производить замену выбывшего из строя датчика. К сожалению, ряд датчиков,отлича - гощихся ценными техническими характеристиками, не являются вза - имозаменяемыми.

В Кишиневском НИИ электроприборостроения разработаны и вы - пускаются микропроволочные термо- и тензорезисторы, которые имеют линейную характеристику, стабильны, малогабаритны и мало­ инерционны [ I ] . Однако разброс параметров этих элементов значителен,так как подгонка их в процессе производства практи­

чески невозмолша [ 2 , 3 ]

. Микропроволочные терморезисторы ти ­

пов TPM-I и ТРМГ-1 имеют разброс параметров по начальному сопро­

тивлению до + 20/6, по температурному

коэффициенту

сопротивления

До + 10%. Таким образом,

эти

элементы

оказываются

невзаимозаме­

няемыми, что ограничивает

их

практическое использование .

Для получения взаимозаменяемых датчиков на основе неидентич­ ных чувствительных элементов используются различные схемы кор­

рекции

[ 4

,

5 ] . Существующие

методы расчета и реализации

.датчиков

с

 

использованием

этих

схем при значительном

разбросе

параметров

 

чувствительных

элементов.сложны и не дают

возможнос­

ти обеспечить высокую точность совпадения характеристик скор - ректированных датчиков в широком диапазоне изменения измеряемых

величин.

Кроме того., расчету схем коррекции'предшествует,

как

правило,

трудоемкая работа по отбору образцов с близкими

пара­

метрами,

что неудобно при массовом производстве.

 

Возможно также применение

мостовой схемы для получения унифи­

цированных выходных сигналов

параметрических датчиков. Известны,

например, вторичные преобразователи

к

стандартным

термометрам

сопротивления различных градуировок

и

на различные

пределы изме­

рения температуры [ 6 ] . Была применена мостовая

схема коррек-


- 33 -

ции и разработана методика инженерного расчета ее для получения датчиков с унифицированным сигналом по напряжению'на основе чув­ ствительных элементов с линейной характеристикой. Схема позволя­ ет получить унифицированную характеристику датчиков с заданной точностью при большом разбросе параметров чувствительных элемен­ тов.

Датчик представляет собой неравновесный мост /рисунок / f в одно плечо которого включен чувствительный элемент, а три ос - тальных плеча есть постоянные сопротивления.

Характеристика

чувствительного

элемента имеет

вид

 

 

 

Ях0{1+6х).

 

 

 

/ V

Здесь х

-

измеряемая

величина,

 

/?0

- начальное

сопротивле­

ние элемента,

S

-чувствительность.

 

 

Влияние

отклонения

R0

и

S

от

номинальных

значений

устраняется,

а нелинейный характер

зависимости UMX

= f(x)

уменьшается путем соответствующего, выбора сопротивлений плеч моста.

- 34 -

Необходимые для расчетов формулы можно получить путем сле ­ дующих рассуждений. Зависимость выходного напряжения моста от параметров схемы при высокоомной нагрузке имеет вид

 

 

 

" • " ^ • • ( • ^ . - - 1 ^ ^ )

 

/ 2 /

 

С учетом

/ I /

и того,

что

при

х=0

мост сбалансирован, полу­

чим

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ец RQ

SЗС

 

 

.

 

 

 

 

 

""«":

0(l+Sx)^]{R0^z]

 

 

/ 3 /

 

При ЛГ=хм а к с

 

иаш

достигает

максимума и равно

 

 

 

 

 

 

Ш К й

[ / ? 0 ( 1 ^ м а к с ) + Л 2 ] ( Л 0 + Л 2 )

'

 

 

Зависимость

/3/

Usm=f

(х)

нелинейна. Отклонение от

ли­

нейного

закона

выражения /3/ есть

приведенная погрешность

не­

линейности

датчика.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6 =

 

"макс

'

 

 

/5/

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

К = - г

 

• — £ " R o R * S

 

 

/см .£//

 

 

 

 

 

[ ' М ^ м а к с ^ К Л о ^ г )

'

 

 

Подставив

в выражение /5/ и решив его

на максимум,по­

лучим

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ш

 

~

 

4 ( V o - 1 )

'

 

 

/ Ь /

 

Из последней формулы видно,

что наиболее нелинейной харак­

теристикой

и вых^^-*' будут

отличаться датчики

с большим

/?0

и большим

 

S

при

/ Й0

I .

Задаваясь

допустимой

погрешностью

£

,

можно определить величину

сопротивления

Н±

. Сопротивления

/?2

и

Яъ

рассчитывают таким образом,

чтобы максимальное выходное напряжение моста имело бы заданную величину.

Из /4/ получим


- 35 -

5 л макс

-1-2+1 0 ''-макс ~

1 -2

 

макс

 

Пренебрегая вторым слагаемым под знаком корня, что справедливо при м м а к с « £м /на практике это обычно имеет место /, по­ лучаем

/V

Из условия равновесия моста находим

Методика расчета

датчика заключается

в

следующем

:

 

 

I / для группы

используемых чувствительных

элементов

измеря­

ются сопротивления

RXl

и

ЯХг

при любых двух

значениях

измеряемой величины в пределах рабочего диапазона;

 

 

 

2/ по

измеренным

RXl

и

 

RXz

определяются

из

/ I /

R^tS;

3/ из

всех полученных

Л 0

и

S

выбирают максимальныеЛ0 ) ( Жс

4/ по

заданным значениям ДГм а к о ,

L i M a

K C

i ^макс

и

0

У ч в т о м

выбранных

Ломаке

и

^макс

находят

/Ц <?из /6/ и

5 М

из

/4//величины

Д 4

и

£ м

бух,ут

одинаковыми для всех датчиков/;

5/ для каждого

датчика в отдельности по определенным па­

раметрам чувствительного элемента / R0^

И

O"J

/ находят со ­

противления

плеч моста Д 2 £

из

/7/ и

R3l

из /8/ .

 

 

 

Затем каждый чувствительный элемент включают в отдельный

мост, параметры которого

£м

,

R ц

,

Д 2

 

и

/?3

подгоняют

до расчетных

величин

с требуемой точностью. В результате

откло­

нение характеристики

скорректированного

датчика

uBb^

=

 

f(x)

от расчетной не должно превышать величины суммарной погрешнос­ ти подгонки параметров моста и допустимой погрешности нелиней­ ности Ь~м а к с .

Унификация характеристик датчиков с помощью схемы моста была проверена. Для исследования била взята группа чувствительных элементов, предназначеноых для измерения темперчтуры в диапа- .


 

 

-

36

-

 

зоне 0 ¥ 200°С

с

параметрами

R 0

= 50 + 100 ом;

OL =

= / 3 *• 4 / . 1 0 "

\

град. Было принято: максимальная

погреш -

ность нелинейности датчиков - 0 , 1 % , максимальное напряжение на выходе моста - ОДв.

По указанной методике рассчитаны параметры

мостов для

каждо­

го чувствительного элемента и характеристики

и й ш =f(x)

дат­

чиков. Погрешность нелинейности характеристики датчиков не пре­ высила 0 , 1 % . По рассчитанным параметрам построены схемы, в ко - торых чувствительный элемент имитировался магазином сопротив­ лений класса 0 , 1 . Параметры корректирующих сопротивлений и на­ пряжение питания моста были подобраны также с точностью 0,1%. Отклонение экспериментальных выходных характеристик датчиков от принятой линейной зависимости не превысило 0,4%.

Вы в о д ы

1. Коррекция с помощью мостовой схемы теоретически позволя­ ет создавать взаимозаменяемые лине иные датчики с заданной точ­ ностью.

2. Погрешность датчика практически ограничивается погреш - ностыо подгонки параметров -мостовой схемы, так как погрешность

от линейности может быть сделана весьма малой. г

3 . Коррекция с помощью моста удобна при массовом производст­ ве датчиков, так как расчет их несложен и реализация проста изза того, что не требуется предварительного подбора чувствитель­ ных элементов.

 

Л И Т Е Р А Т У Р А

 

1 .

З.И.З е л и к о в с к и й и др. Приборы и системы

управ­

 

ления, * Н , 1970.

 

 

 

2 .

М и к р о п р о в о д

и приборы 'сопротивления. НИИ

 

 

электроприборостроения,

Кишинев,вып.5, 1967.

 

3 .

М и к р о п р о в о д

и приборы

сопротивления. НИИ

 

 

электроприборостроения,

Кишинев,вып.6,1969.

 

4 . A.M. Т у р и ч и н. Электрические

измерения неэлектричес­

 

ких величин.Изд. "Энергия", 1966.

 

 

5 .

Е.А. К а л я г и н . Термометры в

судовой аппаратуре

тем-

 

пературного контроля. Изд. "Судостроение", 1969.

 

6.

Е.М.Душин. Изв. вузов,

приборостроение, М , 1959.