Файл: Беленький, Я. Е. Многоточечные бесконтактные сигнализаторы температуры.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 29.10.2024
Просмотров: 60
Скачиваний: 0
которых изменяется при воздействии сигналов, управля ющих бесконтактным ключом. В коммутируемой цепи появляется паразитная э. д. с. Величина погрешностщ возникающей под воздействием этой э. д. с., зависит от примененного метода коммутации и характеристик бес контактных ключей, источников сигналов и нагрузки.
Нагрузкой коммутатора является усилитель нульоргана, поэтому на величину статической погрешности влияют такие его параметры, как входное сопротивление и чувствительность. На точность контроля наряду со ста тической погрешностью МЕСТ влияет его динамиче ская погрешность. Очевидно, что вопрос о динамической: погрешности МБСТ находится в прямой связи с задачей повышения быстродействия этих систем. Основным зве ном, инерционность которого определяет длительность переходных процессов, является усилитель нуль-органа- Анализ работы усилителя позволяет получить количест венные соотношения, связывающие динамическую по грешность МБСТ с его быстродействием, и определитьвозможные способы улучшения этих параметров.
Фазочувствительный каскад, обеспечивающий фазо вую избирательность нуль-органа, предъявляет опреде ленные требования к величине фазового сдвига входного сигнала и тем самым определяет нижнее значение по стоянной времени усилителя, вносящего фазовые иска жения. Поэтому создание фазочувствительного каскада,, допускающего работу в более широком диапазоне фазо вых сдвигов сигнала, позволяет уменьшить инерцион ность усилителя и динамическую погрешность и повы сить быстродействие МБСТ.
Кроме указанных выше методов уменьшения динами ческой погрешности, основанных на схемном совершен ствовании отдельных элементов, существуют методы по вышения точности контроля за счет снижения уровня помех, поступающих на входы схем совпадения и при водящих к значительным динамическим погрешностям..
Как видно из блок-схемы МБСТ (см. рис. 1-4), все входящие в него элементы можно разделить на две груп пы: элементы, характерные для каждого контролируемо
го |
параметра, и элементы, |
общие для всей системы. |
К |
первой группе относятся |
бесконтактные ключевые |
устройства, распределитель, схемы совпадения, выходные устройства. Ко второй группе можно отнести измеритель ную схему, нуль-орган, устройство выборочного измере-
Т
ния. Очевидно, что при большом количестве каналов эко номичность устройств множественного контроля опреде ляется главным образом элементами первой группы.
Коммутатор — наиболее важный узел систем много точечного контроля — относится к первой группе и зани мает в ряде случаев до 60—70% от общего объема си стемы в целом. Он в значительной мере определяет такие основные характеристики всей системы, как быстродейст вие, удельный расход деталей, потребляемую мощность, габариты, вес и т. д.
Разработка новых экономичных схем таких узлов МБСТ, как бесконтактные ключи, распределители, вы ходные устройства, позволяет за счет сокращения числа деталей уменьшить габариты и вес системы, повысить надежность. Достигаемое при этом уменьшение потреб ляемой мощности дает возможность увеличить плотность монтажа и использовать методы, микроэлектроники при создании новых устройств многоточечного контроля не только температуры, но и других параметров.
Г Л А В А В Т О Р А Я
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СХЕМЫ МБСТ
2-1. МОСТОВЫЕ СХЕМЫ ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ДАТЧИКОВ ТЕМПЕРАТУРЫ
Анализ основных характеристик МБСТ показал, что для сигнализации температуры, измеряемой термометра ми сопротивления, наиболее целесообразно применение мостовых измерительных схем, обладающих рядом пре имуществ перед другими схемами измерения.
Вопросам расчета мостовых схем, определения их по грешности и чувствительности посвящено большое число работ отечественных и зарубежных авторов, в том числе фундаментальные работы советских ученых К. Б. Карандеева, А. Д. Нестеренко, Ф. Е. Темникова, Б. И. Швецкого и других авторов.
Основная схема измерительного моста изображена на рис. 2-1. Она состоит из четырех плеч, в которые вклю чены сопротивления R i—Д3 и сопротивление датчика Rr. Цепь ас, к которой подключен источник питания схемы
18
И, называется диагональю питания. Вторую диагональ bd называют измерительной. К точкам bd подключены зажимы измерительного устройства ИУ. Очень часто один из зажимов измери тельного устройства зазем ляется.
Наибольший интерес при расчете мостовой измери тельной схемы, измеритель ное устройство которой со держит на входе транзистор ный усилительный каскад,
представляет зависимость между напряжением на выхо де моста и параметрами схемы.
Для определения этой зависимости воспользуемся тео ремой об эквивалентном генераторе. В этом случае на пряжение на измерительной диагонали выражается соот ношением
|
U |
Цы___ |
|
( - |
). |
|
|
Ч. у |
Я, у+ Ria Rи . у> |
2 1 |
|||
где Ubd — напряжение холостого хода |
на измерительной |
|||||
диагонали; |
R u.y— сопротивление измерительного устрой |
|||||
ства; R bd — внутреннее |
сопротивление |
мостовой |
схемы |
|||
относительно измерительной диагонали. |
|
|
||||
Напряжение холостого хода определяется путем не |
||||||
сложных преобразований и имеет вид: |
|
|
|
|||
TJ |
___________ U (RjRjc |
R\Rs)___________ |
/су |
су\ |
||
ы Я „(Я ,+ Я 2 + |
Яз + Яд) + |
(Я, + |
Яд)(Яз + Я2)’ |
V |
j |
|
где U — напряжение источника питания мостовой схемы; Rn — внутреннее сопротивление этого источника.
Внутреннее сопротивление мостовой схемы получим после преобразования треугольника сопротивлений аЬс- в эквивалентную звезду
d __(Яз + Ra) (Я2 + Яс) , |
п |
(2-3) |
Я2 + Я3 + Я0 + Яс |
|
|
|
|
|
2* |
|
19 ■ |
где
R |
— |
ЛдЯн |
|
|
|
|
|
|
|
||
Д о |
|
R i + |
Я п + |
Яд |
|
|
|
|
|||
R , |
— |
Я Л |
|
(2-4) |
|
А 6 |
|
Я г + |
Ян + |
Яд |
|
|
|
|
|||
R |
— |
я пя , |
|
|
|
|
|
|
|
||
А с |
|
R i + |
R u + |
R p . |
|
|
|
|
|||
Подставляя полученные соотношения в (2-1), окон- |
|||||
нательно получим: |
^ |
(Я-Яд |
R\Rs) Яп. у |
|
|
II |
|
||||
"■7 — [Яи (Я, + |
Я, + |
Я3+Яд) + (Л.+ « ,) (/?,+/?.)! X |
|
||
X Ян. у + |
(Яа+ Я 3)(Яс + ЯгГ |
(2-5) |
|||
Rb~jr Я3+ |
Я3 + Ra + Я С_ |
|
|||
По поводу выражения (2-5)' сделаем некоторые замечания. Соотношение i(2-5) не изменяет своего вида для моста перемен
ного тока, если вместо величин сопротивлений подставить соответст вующие комплексные сопротивления Z, а вместо напряжения источ ника питания—-комплексное значение этого напряжения. При вы полнении условия
ЯгЯд=Я1Яз |
(2-6) |
выходное напряжение моста независимо от питающего напряжения, параметров источника питания и измерительного устройства равно нулю. Это условие называют условием равновесия .моста.
При непрерывном изменении одного из параметров, например Яд, переход сопротивления Яд через величину, определяемую соотно шением (2-6), приводит к изменению знака выходного напряжения на противоположный или фазы переменного тока на 180°. Это обсто ятельство. положено в основу фазовой индикации перехода моста через состояние равновесия в том случае, если мостовая схема
•состоит из активных сопротивлений и питается переменным таком. Сопротивление датчика Яд, при котором наступает равновесие моста, определяется величиной сопротивлений остальных плеч моста, в частности Яг и ЯзИзменяя сопротивление одного из этих плеч, можно настроить мост на различную температуру сигнализации.
Таким образом, эти плечи являются задатчиками сигнализации. Задатчик представляет собой, как правило, переменное сопротив
ление, снабженное шкалой, отградуированной в градусах темпера туры. Для исключения влияния на настройку схемы переходного сопротивления движка задатчик включается по потенциометрической схеме между плечами Яг и Яз таким образом, чтобы его движок являлся вершиной d измерительной диагонали. По отношению к ди агонали ас мост представляет собой две параллельно включенных
ветви; одну из |
них (аЬс) |
называют ветвью датчика, а вторую |
(ado) — ветвью |
задатчика. |
Для многопредельной сигнализации ис |
пользуется мостовая схема, содержащая несколько включенных параллельно ветвей задатчиков, каждая из которых настроена на
20
другую температуру. Ветви задатчиков коммутируются специальным коммутатором.
Из соотношения ('2-5) видно, что зависимость выходного напря жения от сопротивления датчика нелинейна.
Важным параметром моста является его чувствитель ность по измеряемому параметру. Для определения вели чины чувствительности учтем некоторые соотношения между параметрами моста, генератора и индикатора. Со противления, из которых состоит мост, в системах сигна лизации температуры с термометрами сопротивления мо гут изменяться в пределах 50—200 ом. Входное сопро тивление измерительного устройства, как правило, зна чительно превышает эту величину (Rn.у = 3—5 ком). Пи тание мостовых схем осуществляется низкоомиым источ ником переменного напряжения, внутреннее сопротивле ние которого не более 1—2 ом. Поэтому без особой по грешности при определении чувствительности можно по ложить существование следующих неравенств:
Ru.y^Ri, Дг, R3, Rn^Ru- |
|
Учитывая эти неравенства, выражение (2-5) |
можно |
привести к виду |
/о п\ |
г 1 __ £/ (RgRx •RjR*) |
|
и " -у — (Я. + ЯдНЯ. + Я,)* |
1 ' |
из которого определяется чувствительность мостовой схе мы
д и п. у |
UR, |
( 2-8) |
|
— <Ж» |
№ +ЯД)2’ |
||
|
|||
а вблизи точки равновесия |
UR2 |
|
|
Sp |
(2-8а) |
||
|
|||
tfi (Я, + R,y- |
|
||
Соотношение (2-8а) показывает, что чувствительность увеличивается с увеличением напряжения питания моста U. Однако это приводит к увеличению мощности рассеи вания на сопротивлении датчика температуры. Обычно допустимая мощность задается и равна 10 мет, отсюда при сопротивлении датчика, равного примерно 50 ом, ток в цепи датчика не превышает 13 ма.
Поскольку чувствительность моста слабо зависит от сопротивления его ветвей {Л. 13], их величина выбирается из технологических удобств и берется равной, т. е. R лгД2~^з- В этом случае для обеспечения указанной мощ
21