Файл: Беленький, Я. Е. Многоточечные бесконтактные сигнализаторы температуры.pdf

Основными видами помех являются электрические и магнитные поля, а также паразитные термоэлектрические и контактные э. д. с. Два последних вида помех появля­ ются при работе схем на постоянном токе. Благодаря питанию измерительной схемы сигнализаторов перемен­ ным током и возможным в связи с этим гальваническим разделением цепей помехи, характерные для постоянно­ го тока, имеют практически весьма малое значение. Рас­ смотрение влияния электромагнитных помех на перемен­ ном токе сводится к анализу двух факторов — внешнего электромагнитного поля и паразитных связен.

Вопросы защиты электроизмерительных установок от влияния внешних электрических и магнитных полей освещены в литературе [Л. 33]. В настоящем разделе рассматривается возможность уменьшения влияния спе­ цифических паразитных связей в измерительных схемах, характерных для многоточечных схем, у которых датчи­ ки температуры пространственно разнесены на значи­ тельные расстояния (до 100— 150 м).

Мостовую измерительную схему, применяемую в МБСТ, можно представить как устройство, связанное по трем линиям связи с тремя внешними цепями: датчиком, источником питания моста и усилителем нуль-органа. Источником помех могут быть паразитные связи как во внешних цепях, так и в линиях связи. Поэтому рассмот­ рим каждый элемент в отдельности.

В самом датчике благодаря бпфплярной намотке чув­ ствительного элемента [Л. 35] паразитные связи незначи­ тельны. Воздействию на датчик внешних электромагнит­ ных полей препятствует металлический чехол, которым обычно снабжается чувствительный элемент для защиты от влияния внешних механических н климатических фак­ торов.

Питание мостовой схемы переменным током осуще­ ствляется в большинстве случаев на частоте сети от спе­ циальной обмотки силового трансформатора прибора. От этого же трансформатора поступает питание и к дру­ гим цепям прибора, в частности к усилителю. В транс­ форматорах обычной конструкции на тороидальных или броневых сердечниках вследствие близкого взаимного расположения обмоток имеется значительная распреде­ ленная емкость между ними, шунтирующая плечи моста.

Эта емкость обычно несимметрична, поэтому ее шун­ тирующее влияние на элементы моста оказывается раз­

личным, в результате чего, условие равновесия моста на­ рушается и на его выходной диагонали появляется неуравновешпваемая квадратурная составляющая, приво­ дящая к дополнительной погрешности. Особенно эта связь проявляется при питании мостовой схемы напря­ жением повышенной частоты, например на подвижных объектах от бортовой сети с частотой 400 гц и более.

ния дополнительных схемных элементов и приводят к усложнению конструкции источника питания.

Значительно лучшие результаты могут быть получены при выполнении трансформатора на сердечнике стерж­ невого типа. Такая конструкция сердечника позволяет сделать обмотку питания моста на катушке и располо­ жить ее отдельно от остальных обмоток. Благодаря это­ му емкость между обмоткой питания моста и остальны­ ми обмотками трансформатора практически равна нулю (менее 0,1 пф) и дополнительная погрешность пренебре­ жимо мала.

Перейдем к рассмотрению влияния помех на линии связи измерительной схемы с внешними цепями при мно­ готочечном контроле.

Измерительная схема МЕСТ в большинстве случаев расположена в непосредственной близости от усилителя

36

ii источника питания [Л. 28], поэтому влияние помех на линиях связи с этими цепями пренебрежимо мало.

Наиболее существенное влияние на погрешность ока­ зывают паразитные связи и паводки в линии, соединяю­ щей измерительную схему с датчиком: Основным факто­ ром, определяющим уровень помех в данном случае, является длина линии связи, достигающая в современных устройствах десятков и сотен метров. Так, например, уда­ ленность датчиков температуры, установленных в раз­ личных складских помещениях, от центрального поста контроля достигает 150—200 я.

Помехи в линии связи вызываются тремя причинами: влиянием внешнего электромагнитного поля, изменением активного сопротивления линии, влиянием реактивного сопротивления линии.

Влияние внешнего электромагнитного поля может быть значительно ослаблено при рациональной кабельной проводке и применении кабеля соответствующей конст­ рукции. В частности, важную роль играют такие элемен­ ты конструкции кабеля, как вид экрана и частота скрут­ ки проводов.

Так, например, в [Л. 42] показано, что кабельные экраны из сетки оказывают гораздо лучшее экранирую­ щее воздействие, чем ленточный экран, а оптимальное число скручиваний проводов кабеля, обеспечивающее наименьшее влияние электромагнитных полей, должно быть около 33 на 1 м длины.

Для устранения влияния изменений активного сопро­ тивления линии связи датчик подключается к мостовой схеме тремя проводами [Л. 20]. В качестве линии связи применяется многожильный кабель (КНРЭ, КТФ и др.),

[Л. 33]. Индуктивность кабеля, как правило, пренебре­ жимо мала.

На рис. 2-9 изображена мостовая схема с учетом емкости между проводами кабеля. В этой схеме распре­ деленная емкость заменена сосредоточенной, поскольку удельное активное сопротивление кабеля Ro существенно

кабеля 100—200 м значительно меньше длины волны электромагнитных колебаний в рабочем диапазоне ча­ стот. Как видно из рнс. 2-9, параллельно сопротивлению

37

датчика Zr= Rr включены емкости CJ2 и С23. Полное со­ противление плеча моста Z',( в этом случае будет:

R}1

где С д = С )2 + С23.

Рис. 2-9. Мостовая измерительная схема с учетом паразитных емкостен.

Так как три остальных плеча моста являются актив­ ными сопротивлениями, то условие равенства сумм фа­ зовых углов противолежащих плеч (или разностей фазо­ вых углов прилежащих), необходимое для уравновеши­ вания моста переменного тока ;[Л. 13], не выполняется. Следовательно, мост не может быть сбалансирован ни при одном значении активных сопротивлении плеч.

Вблизи состояния равновесия моста напряжение на выходной диагонали пропорционально вызвавшему его приращению сопротивления плеча. Поэтому величину на­ пряжения небаланса моста можно оценить по величине приращения сопротивления датчика Д2д, обусловленной шунтирующим влиянием емкости линии связи:

Выражение (2-31) позволяет провести количественную оценку влияния емкости кабеля в данной схеме. Рассмотрим, например, схему для контроля температуры в диапазоне 0— 100 °С с погреш­ ностью 0,5%, в которой датчиком является стандартный платиновый термометр сопротивления.

В указанном диапазоне температур приращения сопротивления датчика ДРд составляет 18 ом, а значение допустимой абсолютной погрешности равно 0,09 ом. Чувствительность нуль-органа по напря­ жению выбирается в пределах 0,1—0,-2 от величины сигнала мосто­

38

вой схемы, соответствующего абсолютной погрешности, что в пере­ счете на сопротивление составляет 0,01—0,02 ома.

Для частоты 400 гц п линии длиной 100 м модуль AZfl, опре­ деленный из выражения (2-31), будет равен 0,06 ом, а для частоты 1000 г ц — 0,15 ом. Эта величина в 3— 15 раз превышает чувстви­ тельность усилителя. Напряжение небаланса моста, вызванное при­ ращением AZa, насыщает усилитель. Фаза этого напряжения сдвину­ та на 90° по отношению к полезному сигналу вследствие емкостного характера AZn, в связи с чем чувствительность прибора в целом к полезному сигналу уменьшается в 3—45 раз, а погрешность уве­ личивается.

В случае подключения датчика к измерительной’ схе­ ме экранированным кабелем (рис. 2 -1 0 ) сопротивления плеч моста будут:

2 Д=

Яд +/“С„

(2-32)

1

Z3

"я” + /с°б'з

где Сд= 6'i2+CW, Сз= С1э + Сзэ-

Емкость С1з, замкнутая накоротко проводами 1 и 3, и емкость С2э, включенная параллельно выходной диаго­ нали, на работу моста не влияют.

Рис. 2-10. Мостовая измерительная схема с учетом пара­ зитных емкостей экранированного кабеля.

Подставляя значения плеч (2-32) в уравнение равно­ весия моста в общем виде Z?Z2 — Z{Zz и приравнивая по­ рознь вещественные п мнимые составляющие, получим два условия баланса моста

39