3.6. Автоматический потенциометр
А в т о м а т и ч е с к и й п о т е н ц и о м е т р предназначен для измерения, записи и регулирования температуры. Работает он в комплекте с термопарами стандартных градуировок, применяется для измерения температур от –200 до + 2000 о С. В качестве конструкционных материалов для электродов термопары используются: железо-копель, копель-алюмель, хромельалюмель, платина-платинородий и др. Зависимость термоэлектродвижущей силы (ТЭДС) от изменения температуры носит линейный характер. В электронных потенциометрах применяется потенциометрический (компенсационный) метод измерения, который основан на уравновешивании (компенсации) измеряемой ТЭДС известной разностью потенциалов, образованной вспомогательным источником питания. Из принципиальной схемы (рис. 3.5) видно, что термопара подключена так, что ее ток на участке R АД идет в том же направлении, что и от источника питания Б , а разность потенциалов между точкой А и любой промежуточной точкой Д пропорциональна сопротивлению R АД .
| Б | ||
| 4 | ||
| 3 | ||
| А | Д | В |
2 1 Рис. 3.5. Принципиальная схема компенсационного метода измерения: 1 – термопары; 2 – нуль-индикатор; 3 – реохорд; 4 – источник питания Передвигая подвижный контакт Д , при условии, что Е ТП < Е Б , можно найти такое его положение, при котором ток в цепи термопары будет равен 0, т.е. ТЭДС термопары может быть измерена значением падения напряжения на участке сопротивления R АД . Схема такого вида широко используется для измерения температуры в переносных приборах. Недостаток рассмотренной схемы состоит в том, что ТЭДС зависит от постоянства тока в цепи реохорда. Варьирование рабочего тока в цепи реохорда может вносить погрешности в результаты измерения. Установка необходимой величины рабочего
тока и контроль его постоянства производят также компенсационным методом (рис. 3.6). Б R уст I А Д R н.э
| НЭ | II | III |
| ИП | ||
| K | ||
| И | ТП | |
Рис. 3.6. Схема контроля и установки рабочего тока Схема имеет три цепи: цепь источника тока (источник тока Б , установочное сопротивление, постоянное сопротивление, реохорд с подвижным контактом Д ); цепь нормального элемента (нормальный элемент НЭ, постоянное сопротивление, измерительный прибор ИП); цепь термопары (термопара ТП, измерительный прибор ИП, часть переменного сопротивления реохорда). В режиме контроля переключатель устанавливают в положение К , подключая нормальный элемент к концам сопротивления R Н.Э (ЭДС источника питания Б направлена навстречу ЭДС нормального элемента). При снижении величины рабочего тока его регулируют установочным сопротивлением и добиваются такого положения, при котором разность потен- циалов на концах сопротивления R Н.Э не станет равна ЭДС нормального элемента. Ток в цепи измерительного прибора станет равным нулю. Если R уст не удается установить рабочий ток, то батарею заменяют. В режиме измерения переключатель устанавливают в положение И , подключая тем самым термопару последовательно с нормальным элементом, реохордом в точке А и подвижным контактом Д . ТЭДС термопары в этом случае будет направлена в противоположную сторону ЭДС источника Б . Перемещая контакт Д , находят такое его положение, при котором разность потенциалов между точкой А и контактом Д реохорда равна ТЭДС термопары. В приборах серии ГСП питание измерительной схемы осуществляется стабилизированным источником, что упрощает конструкцию и эксплуатацию.
Рассмотренные выше схемы используются в электронных автоматических стационарных потенциометрах (рис. 3.7).
| b | ||
| b | БР | |
| R 1 | p | R 2 2 |
| R | R | |
| 1 | p | РД |
| РД | ||
| БС | ||
| a а | c c | |
| R м | R н.э | НЭ |
| м | ||
| н.э. | ||
| d | СД | |
| d | ЭУ | |
| ТП | ||
Рис. 3.7. Принципиальная схема автоматического потенциометра В отличие от лабораторных переносных приборов движок реохорда автоматических электронных потенциометров перемещается не вручную, а автоматически с помощью специального устройства. При этом нулевой прибор, показывающий небалансный ток измерительной цепи потенциометра, заменен электронным нуль-индикатором, состоящим из электронного усилителя и реверсивного двигателя. При изменении ТЭДС термопары в цепи появляется постоянное напряжение небаланса, которое преобразуется и усиливается до величины, достаточной для вращения ротора реверсивного двигателя. Двигатель посредством кинематического механизма перемещает движок реохорда в зависимости от знака напряжения небаланса в ту или другую сторону, автоматически уравновешивая измерительную схему. Одновременно с движком реохорда перемещаются показывающая стрелка и записывающее перо. В потенциометре используется мостовая измерительная схема, обеспечивающая высокую точность и чувствительность прибора и позволяющая автоматически вводить поправку на изменение температуры холодных спаев термопары, а также легко изменять пределы измерения и градуировку шкалы прибора. Все сопротивления измерительной схемы потенциометра, кроме R м (см. рис. 3.7), выполнены из манганина. Сопротивление R м и холодные
спаи термопары должны находиться при одинаковой температуре и располагаться рядом с клеммами для включения термопары. Измеряемая ЭДС термопары компенсируется падением напряжения на сопротивлении R p , которое зависит от положения движка реохорда. Если ЭДС термопары не равна падению напряжения на указанных сопротивлениях, то разность напряжений, появляющаяся на вершинах измерительного моста b и d , подается на преобразовательный каскад, состоящий из вибрационного преобразователя и входного трансформатора. В преобразовательном каскаде постоянный ток напряжением около нескольких милливольт преобразуется в переменный. Далее переменный ток усиливается по напряжению и мощности до значения, достаточного для вращения реверсивного двигателя. Реверсивный двигатель, вращаясь по часовой стрелке или против нее (в зависимости от знака разбаланса), передвигает движок реохорда и тем самым устанавливается равновесие измерительной схемы. При этом компенсирующее напряжение измерительной схемы при изменении температуры изменяется на такую же величину, как и ЭДС термопары, но с обратным знаком. При равновесии измерительной схемы реверсивный двигатель вращаться не будет, так как на вход преобразовательного каскада напряжение не подается. Для устранения помех, возникающих в цепи термопары, на вход потенциометра подключен фильтр, состоящий из сопротивлений и конденсаторов. Конструктивно потенциометр представляет собой стационарный прибор, все узлы которого размещены внутри стального корпуса. Автоматические потенциометры, выпускаемые промышленностью, имеют одинаковую принципиальную измерительную схему, но разнообразное конструктивное исполнение. Они отличаются по габаритам, типу диаграммы, градуировке, пределам измерения, видам дополнительных устройств и т.д. В настоящее время преимущественно выпускаются входящие в систему ГСП автоматические потенциометры серии КС: КСП1, КСП2, КСП3, КСП4, а также КПП1, КВП1, ПСМ2.
3.7. Многоканальные мосты и потенциометры
Автоматические мосты и потенциометры с дисковой диаграммой служат для измерения, записи и регулирования температуры в одной точке. При измерении в двух, трех и более точках применяются несколько одноточечных приборов. Это способствует удорожанию технологической установки, усложняет обслуживание и затрудняет сопоставление результатов выдаваемой информации.
Запись в полярных координатах менее наглядна, а скорость вращения диска диаграммы постоянна и относительно мала. Приборы с вращающейся и показывающей шкалой не предусматривают записи. В целях исключения этих недостатков применяются многоточечные приборы с записью на ленточной диаграмме. Они предназначены для измерения, регулирования и записи температуры в 3, 6, 12, 24 точках. Принципиальные измерительные схемы многоточечных автоматических мостов и потенциометров не отличаются от измерительных схем одноточечных приборов. В отличие от одноточечных приборов многоточечные имеют соответствующее число чувствительных элементов (ТС или ТП 3, 6, 12, 24. ), которые с помощью многопозиционного двухполюсного переключателя поочередно включаются в измерительную схему и измеряют параметр в соответствующей точке. Показывающий Показывающий прибор прибор Многопозиционный Многопозиционный переключате переключатель ь Термопары Термопары Рис. 3.8. Схема автоматического контроля опросного типа Двухполюсный многопозиционный переключатель конструктивно выполнен из нескольких пар никелевых ламелей с двумя токосъемными кольцами, включенными в мостовую схему. Схема электросоединений определяется количеством точек измерения (1, . n ). Панели с токосъемными кольцами соединяются при помощи подвижных серебряных контактов на обегающем устройстве. Многопозиционный переключатель может быть использован в системах автоматического контроля опросного типа(рис. 3.8). Более широкое применение он нашел в автоматических многоканальных приборах. Многоканальный электронный автоматический мост(рис. 3.9) обеспечивает измерение температуры поочередно в каждом из термометров сопротивлений, подключаемых многопозиционным переключателем. Перемещение обегающего устройства на включение термометров сопротивлений осуществляется автоматически синхронным двигателем. При включении любого из термометров сопротивлений измерение производится, как
Принцип работы потенциометров
Потенциометр (от лат. potentia — сила и . метр), 1) электроизмерительный компенсатор, прибор для определения эдс или напряжений компенсационным методом измерений.
С использованием мер сопротивления потенциометр может применяться для измерения тока, мощности и др. электрических величин, а с использованием соответствующих измерительных преобразователей — для измерения различных неэлектрических величин (например, температуры, давления, состава газов).
Различают потенциометры постоянного и переменного тока.
В потенциометрах постоянного тока измеряемое напряжение сравнивается с эдс нормального элемента. Поскольку в момент компенсации ток в цепи измеряемого напряжения равен нулю, измерения производятся без отбора мощности от объекта измерения.
Точность измерений при помощи таких потенциометров достигает 0,01%, а иногда и выше. Потенциометры постоянного тока делятся на высокоомные и низкоомные. Первые имеют пределы измерений до 2 в и применяются для поверки приборов высокого класса точности, вторые применяются для измерения напряжений до 100 мв.
Для измерения более высоких напряжений (обычно до 600 в) и поверки вольтметров потенциометры соединяют с делителем напряжения; при этом компенсируется падение напряжения на одном из сопротивлений делителя, составляющее известную часть измеряемого напряжения.
В потенциометрах переменного тока измеряемое напряжение сравнивается с падением напряжения, создаваемым переменным током той же частоты на известном сопротивлении; при этом измеряемое напряжение компенсируется по амплитуде и фазе. Точность измерений потенциометров переменного тока порядка 0,2 %.
В электронных автоматических потенциометрах как постоянного, так и переменного тока измерения напряжения выполняются автоматически; при этом компенсация измеряемого напряжения осуществляется посредством исполнительного механизма (электродвигателя), перемещающего соответствующие движки на сопротивлениях (реохордах) потенциометра.
Исполнительный механизм управляется напряжением небаланса (разбаланса) — разностью между компенсируемым и компенсирующим напряжениями. Результаты измерений в электронных автоматических потенциометрах отсчитываются по стрелочному указателю, фиксируются на диаграммной ленте или выдаются в цифровой форме, что позволяет вводить полученные данные непосредственно в ЭВМ.
Помимо измерений, электронные автоматические потенциометры могут выполнять функции регулирования параметров производственных процессов. В этом случае движок реохорда устанавливают в определённое положение, задающее, например, требуемую температуру объекта регулирования, а напряжение небаланса потенциометры подают на исполнительный механизм, соответственно увеличивающий (уменьшающий) электрический нагрев или регулирующий поступление горючего.
Делитель напряжения с плавным регулированием сопротивления, устройство (в простейшем случае в виде проводника с большим омическим сопротивлением, снабженного скользящим контактом), при помощи которого на вход электрической цепи может быть подана часть данного напряжения.
Такие делители-потенциометры применяются в радиотехнике и электротехнике, в аналоговой вычислительной и в измерительной технике, а также в системах автоматики, например в качестве датчиков линейных и угловых перемещений.
Компания «РЕОМ» осуществляет
аттестацию испытательного оборудования,
применяемого при оценке соответствия оборонной продукции и проводит следующие виды аттестаций климатических испытательных камер: первичная аттестация, периодическая аттестация, повторная аттестация.
Контактная информация:
тел: (812) 387-55- 06, 387-65-64, 387-86-94
тел/факс: (812) 327-96-60
e- mail: ,
Принцип действия автоматического потенциометра для измерения температур
Принцип действия и конструктивное устройство электронного прибора — потенциометра. Описание рабочего стенда, его назначение, возможности, функционированием. Алгоритм поверки потенциометра, определение годности его измерений по степени погрешности.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | контрольная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 26.01.2014 |
| Размер файла | 46,9 K |
- посмотреть текст работы
- скачать работу можно здесь
- полная информация о работе
- весь список подобных работ
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Принцип действия автоматического потенциометра для измерения температур
Для решения некоторых задач, таких, как повышение производительности труда, качества машин и приборов большая роль отводится средствам ВТ, автоматизации и механизации производственных процессов.
В соответствии с программой курса «Прикладная механика» объектом курсового проекта являются механизмы вычислительных машин и их периферийных устройств, радиоэлектронная аппаратура и системы автоматики.
Одним из наиболее применяемых в этих устройствах механизмов является механический потенциометр. Основным преимуществом кулачкового механизма, входящего в состав механического потенциометра, является возможность получения любого заданного закона движения выходного звена. Выходное звено, как правило, совершает возвратные движения. Прямолинейно движущееся выходное звено КМ — называется толкателем. Для согласования скорости движения выходного звена и электродвигателя применяют передаточные механизмы в виде одно и многоступенчатых зубчатых передач, которые могут быть выполнены как передачи с неподвижными осями, так и в виде планетарных, а также их комбинаций.
1. Принцип действия и устройство потенциометра
Электронные потенциометры предназначены для непрерывного измерения электродвижущей силы постоянного тока, в частном случае электронный потенциометр используется для измерения температуры. При измерении температуры на вход потенциометра подключается термоэлектрический преобразователь.
Приборостроительная промышленность выпускает несколько видов электронных потенциометров. В зависимости от формы представления информации, потенциометрам присвоены следующие шифры:
КСП- компенсатор самопишущий потенциометрический;
КПП- компенсатор показывающий потенциометрический;
КПВ — компенсатор показывающий потенциометрический с вращающейся шкалой.
Кроме того, потенциометры подразделяются на миниатюрные (КПП, КСП-1.-КПВ-1), малогабаритные (КСП-2), нормальные (КСП-3 с дисковой диаграммой), повышенных габаритов (КСП-4).
Bсе перечисленные потенциометры кроме функций измерения могут выполнять и ряд других функций, к числу которых относятся:
1. Сигнализация о достижении какого-либо заданного значения (макс- мин- норма);
2. Регулирование параметра по заданию;
3. Преобразование сигнала для связи с ГСП (для этого в приборах используют встроенные измерительные преобразователи с целью получения на выходе унифицированных сигналов для связи с различными ветвями ГСП. По виду выходного сигнала преобразователи различают на пневматические, частотные, токовые и преобразователи напряжения).
Работа потенциометра как измерительного прибора основана на нулевом (компенсационном) методе измерения. Компенсационный метод измерения основан на уравновешивании измеряемой ЭДС падением напряжения, значение которого может быть определено.
Основное преимущество компенсационного метода заключается в том, что значение термо-ЭДС не зависит от сопротивления цепи термоэлектрического термометра.
Для более эффективного использования компенсационного метода измерения термо-ЭДС применяется потенциометр с постоянной силой тока, в состав которого входит нормальный элемент. Нормальный элемент — это электрохимический источник постоянной ЭДС, которая известна с высокой точностью (1,0186 В). Так как нормальный элемент обладает малой мощностью его в качестве источника питания использовать нельзя; его используют как эталон (мера) ЭДС.
Потенциометры с постоянной силой рабочего тока повышают точность измерения термо-ЭДС (класс точности приборов 0,05), однако при работе с ними может иметь место погрешность, вызванная непостоянством температуры холодного спая термоэлектрического термометра, поэтому на производстве эти потенциометры применяют редко.
Рис. 1. Упрощенная измерительная схема автоматического потенциометра.
Более широкое применение нашли автоматические потенциометры. Как следует из названия, автоматические потенциометры предназначены для измерения термо-ЭДС без участия человека. Кроме ряда дополнительных функций автоматические потенциометры выполняют корректировку результата измерения на температуру холодного спая термопары.
Термо-ЭДС термоэлектрического термометра ЕТ уравновешивается падением напряжения на участке б-е автоматически. Если Uбе не равно ЕТ, то на вход электронного блока ЭБ подается разность сигналов U =Uбе — ЕТ, которая усиливается. Далее сигнал поступает на двигатель, который перемещает движок реохорда RP таким образом, что U начинает уменьшаться и становится равным нулю, после чего выходной сигнал ЭБ не будет вызывать движения реверсивного двигателя и движок реохорда остановится. Вместе с перемещением движка реохорда по шкале прибора одновременно перемещается стрелка, отмечая показания измеряемой температуры. Источник питания стабилизированный ИПС используется для стабилизации рабочего тока.
Для автоматического введения поправки на температуру холодного спая термоэлектрического термометра в схеме потенциометра имеется медный резистор (RM), который расположен рядом с холодным спаем термопары и имеет ту же температуру, что и он. Из схемы видно, что медный резистор и измерительный реохорд включены в разные контуры с различными по знаку и значению рабочими токами (I1=3 mA; I2=2 mA). Это сделано для того, чтобы ввести и поправку в показания на температуру холодного спая и уравновесить термо-ЭДС.
2.Описание рабочего стенда
Установка включает в себя:
1. автоматический потенциометр типа КСП-4;
2. измеритель цифровой 2 ТРМ0;
3. термоэлектрический термометр ТП (L), расположенный в электрической нагревательной печи;
4. образцовый потенциометр постоянного тока типа ПП-63.
Лабораторный стенд предназначен для проведения следующих работ:
· поверка автоматического потенциометра КСП образцовым потенциометром;
· поверка цифрового измерителя 2ТРМ0 образцовым потенциометром;
· измерение температуры печи с помощью хромель-алюмелевой термопары и, работающего в информационном режиме измерителя 2ТРМ0.
Схема поверки автоматического потенциометра КСП-4 и цифрового измерителя 2 ТРМ0 представлена на рис. 2.
Таблица и расчёты
Показания проверочного прибора
Показания образцового прибора
Pereosnastka.ru
Автоматические электронные потенциометры и мосты
К атегория:
Приборы для измерения температуры
Автоматические электронные потенциометры и мосты
Электронные автоматические потенциометры и уравновешенные мосты применяют для измерения, записи и регулирования температуры и других величин, изменение значений которых может быть преобразовано в напряжение постоянного тока или в изменение активного сопротивления.
Приборы состоят из трех основных узлов: измерительной схемы, электронного усилителя и отсчетного устройства. В основу работы автоматических потенциометров положен компенсационный метод измерения, основанный на уравновешивании измеряемой величины другой известной величиной. Компенсационный метод характеризуется высокой точностью измерения.
Типовая измерительная схема автоматического потенциометра приведена на рис. 22. В одну диагональ мостовой схемы включен стабилизированный источник питания У2; в другую через нуль-индикатор У1 подается ЭДС датчика УЗ. Если измеряемая ЭДС равна падению напряжения на реохорде Rp, то к усилителю У1, выполняющему функцию нуль-индикатора, будет подведен нулевой сигнал и вся система будет находиться в равновесии. При изменении ЭДС датчика на величину, равную или большую чувствительности усилителя, на вход последнего подается напряжение расбаланса, которое после преобразования и усиления воздействует на уравновешивающий электродвигатель. Ротор последнего, вращаясь, перемещает движок реохорда до равновесного состояния схемы. Вращение выходного вала реверсивного электродвигателя с помощью механической передачи преобразуется в перемещение указателя.
Рис. 1. Измерительная схема автоматического потенциометра:
Так как каждому значению ЭДС датчика соответствует определенное положение движка реохорда и указателя, то в момент равновесия схемы положение указателя определяет значение измеряемого параметра.
Измерительная схема потенциометра состоит из резисторов, каждый из которых имеет свое назначение: Rp — сопротивление реохорда, уравновешивающего измерительную схему; Rm — сопротивление подгонки реохорда к эквивалентному сопротивлению; Ru – сопротивление подгонки начальной точки шкалы потенциометра; Rn — сопротивление подгонки конечной точки шкалы потенциометра; гн и гп — подгоночные сопротивления, выполненные в виде спиралей и представляющие собой части сопротивлений RH и Rn. измерительной схемы, кроме RM, изготовляют из стабилизированной манганиновой проволоки. Резистор RM выполнен из медной проволоки, имеющей большой температурный коэффициент сопротивления, и расположен в месте подключения компенсационных проводов к прибору. В результате этого резистор RM и свободные концы термопары находятся при одинаковой температуре и изменение ЭДС термопары за счет изменения температуры свободных концов компенсируется изменением падения напряжения на /?м вследствие изменения величины этого сопротивления. Таким образом, компенсация температуры свободных концов термопары осуществляется автоматически.
Рис. 2. Измерительная схема автоматического уравновешенного моста:
Уравновешивающим устройством в измерительных схемах потенциометров является реохорд, состоящий обычно из рабочей и токосъемной спиралей, выполненных из устойчивой к износу и коррозии вольфрамопалладиевой проволоки, намотанной на две изолированные медные шинки. Для повышения надежности работы схемы движок реохорда снабжают контактами, выполненными из сплава золото — серебро — медь. В основу работы электронных автоматических мостов положен нулевой метод измерения сопротивления. Типовая измерительная схема автоматического уравновешенного моста показана на рис. 23. Она построена по схеме уравновешенного моста, в одну диагональ которого включают источник постоянного или переменного тока, а в противоположную диагональ — электронный усилитель, управляющий работой асинхронного электродвигателя следящей системы.
Измерительная мостовая схема состоит из резисторов, каждый из которых имеет свое назначение: Rp — сопротивление спирали реохорда;
— сопротивление, служащее для подгонки сопротивления реохорда к эквивалентному сопротивлению. Сопротивления Rn и гп определяют пределы измерения прибора, причем Rn намотано на катушку, а гп — подгоночное сопротивление имеет вид спирали.
Сопротивления RH и гн служат для регулировки нижнего предела измерения. При этом гн — подгоночное сопротивление в виде спирали, являющееся частью сопротивления Резисторы Rl, R2 и R3 — плечи моста.
Сопротивление Rб служит для ограничения тока измерительной цепи. Сопротивления Rn предназначены для подгонки сопротивления соединительных проводов линии к определенному значению. RT — термопреобразователь сопротивления, изменение сопротивления которого пропорционально измеряемой температуре.
Для исключения температурной погрешности от изменения сопротивления внешней линии Rn подключение термопреобразователя сопротивления выполняют по трехпроводной схеме, т. е. точка питания моста переносится непосредственно к термопреобразователю сопротивления, в результате чего сопротивление линии распределяется на разные плечи моста.
Схема работает следующим образом. При изменении температуры контролируемого объекта изменяется сопротивление термопреобразователя сопротивления RT, в результате чего нарушается равновесие мостовой схемы. В измерительной диагонали моста появляется напряжение разбаланса, поступающее на усилитель У1, выполняющий роль нуль-индикатора. Напряжение разбаланса в усилителе усиливается до величины, достаточной для приведения в действие реверсивного электродвигателя, ротор которого, вращаясь, перемещает движок реохорда до равновесного состояния схемы.
Вращение выходного вала реверсивного электродвигателя с помощью механической передачи преобразуется в перемещение указателя. Так как каждому значению термопреобразователя сопротивления соответствует определенное положение движка реохорда и указателя, то в момент равновесия схемы положение указателя определяет значение измеряемого параметра. Полярность сигнала зависит от величины сопротивления датчика по отношению к значению сопротивления реохорда в момент равновесия.
Уравновешивающим устройством в измерительных схемах мостов является калиброванный реохорд, аналогичный по своему устройству с реохордом, применяемым в автоматических потенциометрах.