260 |
9. Измерительные системы |
со следящей дужкой ReD (все приборы завода измерительных приборов «Erich Weinerb, г. Магдебург).
9.3.Градуировка
9.3.1.Основные принципы градуировки
Принципиальная схема для проведения градуировки приве дена на фиг. 9.3.
В процессе градуировки устанавливается зависимость между измеряемой величиной А и выходным напряжением Um:
1. |
Л = |
0 |
Um= |
0; |
2. |
А = |
An |
UmN= |
100 мВ. |
Градуировка измерительной схемы производится с помощью двух независимых регулируемых величин:
1)компенсирующего напряжения UK\
2)напряжения питания моста USp (для безусилительных
промежуточных преобразователей HLS) или коэффициента
Фиг. 9.3. Принципиальная схема гра |
Фиг. 9.4. Градуировочные |
дуировки. |
кривые. |
усиления v (для промежуточных преобразователей с усилите лями типа HLA).
Влияние этих факторов на выходное напряжение Um на глядно поясняется фиг. 9.4. Характеристика 1 получена без градуировки устройства. При А — 0 на выходе имеется напряже ние, обусловленное рассогласованием измерительного преобра зователя или наличием груза тары. Это тарное или начальное напряжение рассогласования сводится к нулю при помощи по следовательно включенного регулируемого компенсирующего напряжения UK (характеристика 2). При этом происходит па раллельное смещение характеристики 1, крутизну которой можно изменять за счет USp или V. Характеристика 3 представ ляет собой градуировочный график.
U s p -
Вторичные электронные приборы HLS. Выходное напряжение моста Um, которое прямо пропорционально напряжению пита
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ния моста USp, можно установить на величину |
UmN = |
100 |
мВ, |
подбирая USp |
при |
A — An. Поскольку |
при |
этом |
изменяется |
скомпенсированное |
напряжением UK и |
тарное |
или |
начальное |
напряжение |
при А — 0, |
становится |
необходимой взаимная |
ба |
лансировка |
напряжением Usp при A — A n |
и |
Uk при |
А = |
0. |
С помощью |
простых |
технических |
приемов, |
описанных |
в |
разд. 9.3.2, процедура балансировки может быть значительно сокращена.
Вторичные электронные приборы HLA. Для вторичных элек тронных приборов, работающих с усилителем, напряжение пи тания моста USp остается неизменным. При этом балансировка заметно упрощается: начальное напряжение компенсируется по средством UK и выходное напряжение устанавливается на ве личину UmN — 100 мВ при А =» An за счет регулировки уси ления, причем эти операции полностью независимы друг от друга. Одновременно для HLA сохраняется возможность рас ширения диапазона измерений: если, например, измеряемая ве личина А изменяется от 0,4 An д о 0,6 An, т о Um (0,4 AN) ком пенсируется напряжением UK, a Um (0,6 AN) устанавливается на величину 100 мВ с помощью v. Для отсчета диапазона (0,4 ... 0,6)Ajv служит вся шкала показывающего прибора.
9.3.2. Сквозная градуировка
При сквозной градуировке измерительному преобразова телю задается точное воздействие измеряемой величины, и вы ходное напряжение балансируется в соответствии с изложен ным в разд. 9.3.1. В частности, для вторичных электронных приборов HLS целесообразно выполнить следующие операции:
1. Оценить необходимое напряжение питания
|
|
USp = UmNIB'AN\ |
(9.1) |
Usp должно быть установлено по возможности точно. |
2. При |
А = |
0 измерить и записать |
начальное |
напряжение |
U m 01 ( t / „ = |
0 ) . |
An или другом точном |
воздействии |
измеряемой |
3. При А = |
величины определить и записать выходное напряжение Uml.
Величина Umi содержит Umoi- |
точно |
рассчитать |
устанавливае |
4. С помощью |
U m o i и U m i |
мую величину U m 2, |
которая содержит U m02: |
|
|
Um2— |
“"ДЛ |
’ |
(9-2) |
|
|
u m0l |
|
|
262 |
S. Измерительные системы |
5.Напряжение питания моста Usp при А — AN установить таким, чтобы на выходе получить рассчитанную величину Um2.
6.При А = 0 с помощью компенсирующего напряжения UK
точно установить нулевое значение.
Эти простые операции позволяют точно отградуировать из мерительное устройство при единичном воздействии измеряемой величины. При использовании в качестве регистрирующего при бора четырехразрядного цифрового вольтметра погрешность градуировки будет меньше 0,1%.
Для вторичных электронных приборов HLA сначала грубо оценивают с учетом усиления величину напряжения питания Usp, а затем выбирают его окончательное значение.
Если в результате скачкообразного изменения измеряемой величины в измерительном преобразователе предполагается возникновение ползучести, то при максимуме усиления выби рают минимальное напряжение питания.
В случае квазистатического или периодического динамиче ского воздействия измеряемой величины пользуются малым уси лением при повышенном напряжении питания с тем, чтобы свести к минимуму влияние дрейфа усилителя. Далее можно придерживаться последовательности, аналогичной для вторич ных электронных приборов HLS. Только величина Um 2 устанав ливается изменением коэффициента усиления.
9.3.3. Косвенная градуировка
Косвенная градуировка в силу большого числа включенных в нее составляющих является менее точной. Основная погреш ность составляет около 0,5%. Такая градуировка допустима при невозможности проведения сквозной градуировки или при слишком высокой ее стоимости. Следовательно, заданное зна чение С/гр для напряжения питания должно определяться чисто расчетным путем, когда при А = AN с измерительного преобра зователя на регистратор поступает выходное напряжение UmN. Величина Urр является мерой напряжения питания (в случае
HLS) |
или напряжения |
питания |
и коэффициента усиления (в |
случае |
HLA). Поэтому |
с L%> крутизна градуировочной |
кривой |
(см. разд. 9.3.1) определяется однозначно. |
|
Начальная точка А = 0 может быть известным способом сба |
лансирована |
с помощью компенсирующего напряжения |
|
|
Uгр |
abU mN |
|
RLM |
(9.3) |
|
В'А N |
'I гр + R, |
1 + Ri A- RA + R {, |
Введенные, но не поясненные в разд. 2 символы имеют сле дующее значение;
|
9.3. |
Градуировка |
|
|
|
263 |
а — коэффициент деления |
градуировочного делителя |
напря |
жения при холостом ходе (для измерительных преобразова |
телей на полупроводниковых тензорезисторах а ~ |
1/63,4); |
b — напряжение на входе |
вторичного |
электронного прибора, |
деленное на напряжение питания на зажимах измери |
тельного преобразователя; |
|
|
|
|
В' — пересчитанная чувствительность; |
|
|
|
|
Rirp— внутреннее сопротивление |
градуировочного делителя на |
пряжения (встроенного во вторичный электронный при |
бор); |
|
|
измерительных |
проводов |
(пря |
RLM— активное сопротивление |
мой и обратной цепей); |
|
|
частью |
напря |
UTр — градуировочное напряжение, являющееся |
жения питания, снятого через делитель напряжения. |
|
Если пренебречь величиной активного сопротивления |
Rlm, |
то уравнение (9.3) упростится: |
|
|
|
|
|
Uгр |
a U mN |
R A |
|
|
|
(9.4) |
|
|
^irp + ^л |
|
|
|
B |
' A N |
|
|
|
При подключении измерительного преобразователя бфр уста |
навливается реостатом для напряжения питания (в |
случае |
HLS) или для коэффициента усиления |
(в случае HLA). Для |
того чтобы можно было рассчитать Urp, должен быть по воз можности точно известен или рассчитан ряд дополнительных параметров, которые автоматически учитываются при сквозной градуировке.
За исключением R lm |
и Ь, |
все величины заносятся |
в паспорт |
вторичного электронного |
прибора. R l m |
д о л ж н о быть |
измерено. |
Активные сопротивления |
линий без |
применения |
проводов |
стабилизации при подключении полного четырехплечего моста на 120 Ом не должны превышать 0,25 Ом на провод. В случае использования проводов стабилизации максимальная величина активных сопротивлений может составлять 5 Ом на провод. Но следует помнить, что падение напряжения на проводах пита ния не должно превышать 1 В.
Коэффициент b учитывает потери на проводах стабилизации и равен 0,996 ... 1. При длине проводов менее 10 м величину Ь можно не определять.
9.3.4. Градуировка с электрическим имитатором динамометров KDN101
Для динамометров на полупроводниковых тензорезисторах Типа KWH, как правило, необходимо питание порядка 4 В. Ве личина Urр для косвенной градуировки будет соответственно
264 |
9. Измерительные системы |
меньше (около 50 мВ) и не может быть установлена с требуе мой точностью на щитовом приборе. С другой стороны, сквоз ная градуировка динамометров связана с наличием комплекта очень точно изготовленных грузов и практически не всегда осу ществима.
В связи с этим был разработан электрический имитатор ди намометров KDN101. Он характеризуется теми же внутренним сопротивлением и выходным напряжением, что и сравниваемый динамометр при номинальном отклонении, и является такой же нагрузкой для источника питания, как и фактический измери тельный преобразователь. Он пригоден для имитации от 1 до 4 параллельно подключенных динамометров. Градуировка про изводится аналогично изложенному в разд. 9.3.2.
9.3.5. Градуировка при суммировании сигналов нескольких каналов
Увторичных электронных приборов измерительной системы
сполупроводниковыми тензорезисторами типа HLS151 и HLS171 предусмотрена возможность суммирования выходных напряжений п каналов с учетом их знака.
Градуировку можно проводить одним из рассмотренных выше методов, выбирая дискретно один из каналов. В положе
нии 2 можно градуировать каждый отдельный канал, исходя из величины 1/п суммарного номинального воздействия изме ряемой величины измерительных преобразователей. При этом выходное напряжение всех остальных каналов должно быть равно нулю. Недостатком такого метода является его невысо кая точность.
9.4.Измерительные устройства с динамометрами на полупроводниковых тензорезисторах
9.4.1. Области применения
Использование электрического напряжения в качестве меры измеряемой силы дает ряд преимуществ. К ним относятся:
—передача измеряемой величины на большие расстояния (например, на главный пульт управления);
—возможность последующей электрической обработки из меряемого напряжения, исключающая, например, процессы ме ханической регулировки; переключение диапазонов измерения и их изменение; возможность выполнения вычислительных опера ций в виде суммирования измеряемых напряжений различных динамометров или, в случае необходимости, перемножение их сигналов на скорость транспортера;
—простота градуировки в широких пределах;
