Быстрый поиск

Реферат: Технологические измерения и приборы

При измерении температуры в промышленных условиях электрические термометры сопротивления применяют в комплекте с логометрами, автоматическими уравновешенными мостами и автоматическими компенсационными приборами. При этом необходимо иметь в виду, что эти приборы снабжают шкалой, отградуированной в градусах Цельсия, которая действительна только для определенной градуировки термометра сопротивления и заданного значения сопротивления проводов, соединяющих термометр с измерительным прибором.

Рассмотрим схему работы автоматического уравновешенного моста.

Автоматические уравновешенные мосты являются техническими приборами высокого класса точности. Они бывают показывающими, показывающими и самопишущими с записью или на дисковой, или на ленточной диаграмме. Приборы с ленточной диаграммой служат для измерения и записи температуры в одной точке (одноточечные) или в нескольких точках (многоточечные). Приборы с дисковой диаграммой изготавливаются только одноточечными. Шкала автоматических уравновешивающих мостов градуирована в градусах Цельсия с указанием её принадлежности к определенной градуировке термометра сопротивления.

По устройству автоматические уравновешенные мосты отличаются от автоматических потенциометров только измерительной схемой. На рис. 2.3 дана принципиальная схема автоматического уравновешенного моста. В измерительную схему входят; R1, R2 и R3 – резисторы, образующие три плеча мостовой схемы, четвертое плечо образовано сопротивлением термометра; - реохорд; - шунт реохорда, служащий для подгонки сопротивления до заданного нормированного значения; - резистор для установки диапазона измерения; - добавочный резистор для подгонки начального значения шкалы; - балластный резистор в цепи питания для ограничения тока; - резисторы для подгонки сопротивления линии до определенного значения. Т0 – токоотвод; С1 и С2 – конденсаторы создающие необходимый фазовый сдвиг (90) между магнитными потоками обмотки возбуждения и управляющей обмотки и необходимое напряжение на обмотке возбуждения; С3 – конденсатор, включенный параллельно управляющей обмотке реверсивного двигателя, шунтирует её для компенсации индуктивной составляющей тока в этой обмотке; СД – двигатель для перемещения диаграммной ленты или каретки печатающего устройства. Все резисторы изготавливаются из манганиновой проволоки, следовательно, колебания температуры воздуха не влияют на значения сопротивлений этих резисторов.

Термометр сопротивления подключен к мосту по техпроводной схеме.

Измерение и запись температуры производятся следующим образом. Изменение сопротивления терморезистора нарушает равновесие мостовой схемы, и в диагонали АВ моста возникает напряжение рассогласования, которое поступает на входной трансформатор, затем усиливается усилителем до значения, достаточного для приведения в действие реверсивного двигателя РД. Выходной вал двигателя, вращаясь в ту или иную сторону в зависимости от знака сигнала рассогласования, перемещает движок реохорда и перо самописца СП. При достижения равновесия мостовой схемы выходной вал двигателя
останавливается, а движок реохорда, указатель и перо самописца занимают положение, соответствующее измеряемому сопротивлению термометра, а следовательно, температуре измеряемого объекта.

Мостовая схема изображенная на рис 2.2, будет в состоянии равновесия при условии

где - приведенное сопротивление участка реохорда левее движка А; - приведенное сопротивление участка реохорда правее движка А.

Для автоматических уравновешенных мостов установлена допускаемая основная погрешность, выраженная в процентах от нормирующего значения. Она составляет 0,25 или 0,5.

Отечественная промышленность выпускает следующие основные типы автоматических уравновешенных мостов: показывающие КПМ1 и КВМ1; показывающие и самопишущие с ленточной диаграммой КСМ1, КСМ2 и КСМ4; показывающие и самопишущие с дисковой диаграммой КСМ3. эти приборы имеют дополнительные сигнальные и регулирующие устройства и могут быть использованы в системах сигнализации и регулировки температуры.

2. ВЫБОР ТИПА ПЕРВИЧНОГО ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ПРИБОРА И

СООТВЕТСТВУЮЩЕЙ СХЕМЫ ИЗМЕРЕНИЯ

На основании заданного диапазона температур t= 0С и t= 100С в качестве первичного измерительного прибора (ПИП) возьмем медный термометр сопротивления, так как использование термоэлектрических термометров считаю нецелесообразным в этом диапазоне температур, с номинальным сопротивлением при 0С R= 53,00 Ом. Данному типу ПИП соответствует мостовая схема измерения, используемая в автоматических мостах.

3. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ НАСТРОЙКИ МОСТОВОЙ СХЕМЫ

ИЗМЕРЕНИЯ

Примем для расчета следующие данные:

- диапазон измерения температуры от 0 до 100 градусов Цельсия;

- в качестве датчика температуры выбран термометр сопротивления типа ТСМ 23 градуировки;

- стандартная градуировочная шкала для электронного автоматического моста типа КСМ4 выбрана от 0С до 100С при работе его с термометром сопротивления типа ТСМ (23 градуирровки);

- параметры настройки измерительной схемы моста при использовании стандартной шкалы (0С до 100С ) имеют следующие значения:

Rл = 2,5 Ом; Rд = 4,3 Ом; R2 = R3 = 300 Ом; Rб = 450 Ом;

Rп = 23,6 Ом; Rрш = 90 Ом; Rпр = 18,7 Ом; R1 = 76 Ом;

R= 53 Ом; R= 75,58 Ом; Uо = 6,3 В.

Пересчитаем параметры настройки измерительной схемы моста (рис. 1), которые бы обеспечивали изменение положения показателя шкалы в пределах всей шкалы при заданном диапазоне изменения температуры от 0С до 100С.

Принимаем для расчета : Rл = 2,5 Ом; Rд = 4,3 Ом; R2 = R3 = 300 Ом; Rб = 450 Ом.

По градуировочной таблице определяем:

R= 75,58 Ом; R= 53 Ом.

По формулам:

Rпр = , где

A = ( R+ ( Rл + Rд + R3 ) * ( 1 – 2 *) ) – (R+ R) * = ( 53 + + (2,5 + 4,3 + 300) * (1 – 2 * 0,032)) – (53 + 75,58) * 0,032 = 383,05,

B = 4 * ( R - R) * R3 * (1 – 2 *) = 4 * (75,58 - 53) * 300 * (1 – 2 * 0,032) = 25360,

определяем: Rпр = 16,419 Ом, R1 = 73,061 Ом; Rп = 13,866 Ом.

Затем находим Uп при Rt = R:

И после этого находим соответствующее значение тока в цепи включения реохорда:

Сравниваем это значение тока с предельно допустимым значением Imax:

Неравенство выполняется. Аналогично находим значение тока в цепи включения реохорда при Rt = R:

Определяем его отношение к значению тока при Rt = R:

и сравниваем это отношение с предельно допустимым значением (первое должно быть больше), равным 0,8..0,9. в рассматриваемом случае условие выполняется, поэтому можно полученные расчетные значения считать найденными.

4. ГРАДУИРОВОЧНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ШКАЛЫ

ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ПРИБОРА

Проверяем градуировку шкалы, например при 0, 20, 40, 60, 80, 100 градусах. Для этого рассчитываются значения Uвых при указанных значениях температуры по формуле:

где - величина определяемая из формулы:

отсюда следует, что при t = C и Rt = 53 Ом, ;

при t = C и Rt = 57,52 Ом ;

при t = C и Rt = 62,03 Ом ;

при t = C и Rt = 66,55 Ом ;

при t = C и Rt = 71,06 Ом ;

при t = C и Rt = 75,58 Ом ;

Далее строится график функции (рис. 2).

Определяем динамические параметры схемы измерения: К1сс, Кос, К2сс.

Начать вычисление проще с последних двух коэффициентов, причем коэффициент К2сс определяется для любой точки рассчитываемого диапазона температур, например .

Ом.

Для вычисления коэффициента К1сс необходимо вначале определить величины и . Это можно сделать взяв для двух близких значений температуры, и определив соответствующие величины по градуировочным таблицам. Выбираем для температуры + 40 и + 60С, тогда , , = 62,03 Ом, = 66,55 Ом.

Исходя из этого, получим:

Следовательно, будем иметь:

5. ПЕРЕДАТОЧНЫЕ ФУНКЦИИ ДЛЯ СХЕМЫ ИЗМЕРЕНИЯ ПО

КАНАЛУ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ И ПО КАНАЛУ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ДВИЖКА РЕОХОРДА (ПО ЦЕПИ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ)

Измерение и запись температуры производятся следующим образом. Изменение сопротивления терморезистора нарушает равновесие мостовой схемы, и в диагонали АВ моста возникает напряжение рассогласования, которое поступает на входной трансформатор, затем усиливается усилительным устройством (УУ) до значения, достаточного для приведения в действие реверсивного двигателя (РД). Выходной вал двигателя, вращаясь в ту или иную сторону в зависимости от знака сигнала рассогласования, перемещает движок реохорда и перо самописца (СП). При достижения равновесия мостовой схемы выходной вал двигателя останавливается, а движок реохорда, указатель и перо самописца занимают положение, соответствующее измеряемому сопротивлению термометра, а следовательно, температуре измеряемого объекта.

Здесь датчик представляет собой апериодичекое звено первого порядка передаточная функция которого равна:

Так же апериодическими звеньями являются: входное устройство (трансформатор), перо самописца, реверсивный двигатель и реохорд (Р), передаточные функции которых равны:

, для входного устройства (ВУ),