и й делают5пе1еме иыми, им добиваются равновесия схемы. В неравно песпом режил!е выходное напряжение является функцией напряжения пи Н1ИЯ и сощ-к-чений моста. Если вместо одного из резисторов мост/ включить ТС. 10 его сопротивление может быть определено по известны-значениям остальных параметров моста.

На рпс. I4..3 показана упрощенная схема измерительной цепи авгома-тпческого уравновешен1юго моста. Мост питается от источника переменного нлнряжения и. Выходное напряжение моста поступает на усилитель неравновесия У, управляющий работой реверсивного двигателя РД, вал которого связан с движком реохорда, указателем шкалы н пишущим орга ном самописца. При наличии сигнала разбаланса двигатель вращается, перемещая движок реохорда до тех пор, тока не наступит равновесие схе-мьт Перемещение движка пропорционально сопротивлению / и соответст noiiHo значению температуры. Шкала моста градуируется но температуре

Питание моста переменным током повышает стабильность работы усилителя и позволяет использовать бесколлекторные реверсивные двигатели переменного тока.

Сопротивления проводов линии связи R и R включены в соседние плечи моста и их влияние на состояние равновесия значительно уменьша ется. Сопротивление провода/?2 будучи включено в диагональ питания не влияет на равновесие схемы.

Условие равновесия моста примет вид

№ + /?лЗ + экв) 2 = [3 + (1 - экв] (1 + -л!).

где /?эк = jj; --эквивалентное сопротивление реохорда; m - относительное перемещение движка реохорда. Уравнение щкалы прибора R,Ri - {R, + Ri + R,R - RR - rr

экв +2 + Rs)

Последнее соотношение позволяет количественно оценить влияние нестабильности сопротивлений линии связи на показания прибора.

Для серийных приборов сопротивление провода линии связи нормировано и может иметь значения 2,5; 7,5; 10; 15 Ом. Погрешность подгонки

...... сопротивлений ±0,01 Ом [62, 769).

Характер шкал автоматических приборов определяется функциями преобразования ТС и в большинст ве случаев является нелинейным.

Для линеаризации шкал анало говых автоматических приборов используют формирователи компен снрующих напряжений, функиио нально связанных с регулируемым параметром или измеряемой температурой. На рис. 14.4 представлена схема автоматического моста, линеаризация шкалы в котором осуществляется с помощью дополнительного реохорда.

Промышленностью серийно не выпускаются аналоговые автоматические приборы с использованием таких методов линеаризации, поскольку применение дополнительных управляемых сопротивлений или термочувствительных элементов снижает эксплуатационные характеристики при-

Преимущества мостовых уравновешенных схем: 1) показания моста не зависят от напряжения питания, изменения которого ие влияют на точ-

Рнс. 14.4. Автоматический мост с линейной шкалой

ность измерения; 2) показания прибора линейно связаны с изменением сопротивления ТС, чем упрощается расчет и градуировка шкал приборов; 3) относительная простота построения системы автоматического уравновешивания; 4) трехпроводная схема включения позволяет существенно снизить влияние сопротивлений соединительных проводов; 5) простота компенсации начального сопротивления ТС. Недостатком схемы является необходимость в электромеханическом устройстве уравновешивания, а также невозможность измерения ТС с малыми сопротивлениями вследствие увеличения влияния сопротивления проводов линии связи.

В неуравновешенной мостовой схеме изменение сопротивления ТС преобразуется в напряжение или ток, которые измеряются аналоговым или цифровым прибором. Для мостовой цепи, представленной на рис. 14.2, выходное напряжение

и jRtRs - R2R4)

Ra iRt + 2 + Rs + R,) + (Rt + R

где - внутреннее или добавочное сопротивление в цепи источника питания. Простота компенсации начального значения сопротивления ТС (необходимо лишь выбрать соотношения сопротивлений, удовлетворяющих выражению Rt R3= Rit) позволяет получить выходное напряжение, функционально связанное с измеряемой температурой. Неуравновешенный мост имеет нелинейную зависимость выходного напряжения как от сопротивления ТС, так и от измеряемой температуры. Питание схемы необходимо осуществлять стабилизированным напряжением.

На рнс. 14.5 изображена схема, позволяющая получить линейную зависимость выходного напряжения от сопротивления ТС, используя операционный усилитель [557]. Выходное напряжение моста определяется выражением

(Rt + Ri + R,i + Rj,3) Rs Rt+Rn3

(вых = -о -

Рис. 14.5. Схема неуравновешенного моста с линейной зависимостью выходного напряжения от сопротивления ТС

- 7

RiiR + Rs) Ri

Если обеспечить условия R = R2 = R3 = R, = лЗ и = i?o (1 + -f О, то

<вь,х =

Rgoti.

Напряжение питания Ug определяется значением допустимого тока через ТС, который равен / = иЩ. Для линеаризации выходного напряжения моста при использовании нелинейных ТС foжm дополнительно изменять ток, проходящий через него, или напряжение в цепи измерительного прибора 162, 63. 480].

На рис. 14.6, а, б, в представлены схемы, в которых линеаризация выходного напряжения осуществляется с помощью дополнительных термопреобразователей. В схеме рис. 14.6, б при питании моста от источника тока и включенных в противоположные плечи медных ТС обеспечивается

Таблица !4,11. Технические характеристики логометров

Характеристика

Ш 60000

Ш 69001

Класс точности Сопротивление линии, Ом Наличие регулирующего устройства Питание, В

Исполнение

Габаритные размеры, мм Масса, кг

1,5 15

2,0 15

4 (постоянный ток) 4 (постоянный ток)

Обычное

200Х 100X275 3

Обычное

120Х 120X200 3,5

линейная зависимость выходного напряжения от измеряемой температуры. Если два ТС включить в смежные плечи моста, то выходное напряжение пропорционально разности их температур. Схемы с дополнительными пре-

Рис. 14.6. Схемы неуравновешенных мостов с линейной зависимостью выходного напряжения от температуры:

а, б - с дополнительньши ТС; в - с дополнительными ПТ; г - с помощью операционного усилителя

образователями имеют недостаток, заключающийся в появлении погрешности от нестабильности характеристик дополнительного ТС и его линии связи. .Линеаризация выходного напряжения в схеме 14.6, г осуществляет-

Ш69002

Л-64

Л-64И

ЛР-64-02

2,0 15

220 (переменный ток)

Обычное 120Х 120X 220 3,5

1.5 5(15)

4 (постоянный ток)

Обычное

200 X 100 X 233 2,5

1,5 5(15)

4 (постоянный ток)

Искробезопасное 200Х 100X250 3

1,5 5(15) Двухпозиционное

220 (переменный ток)

Обычное 200Х ЮОХ 275 4

ся путем организации дополнительного питания ТС выходным напряжением моста.

Логометрические и компенсационные приборы. Уравнение шкалы логометра является функцией отношения токов, протекающих в двух цепях его измерительного механизма, что делает показания независимыми от изменения напряжения питания. В одну из цепей включен ТС, а в другую - постоянный резистор. При изменении сопротивления ТС под воздействием измеряемой температуры изменяется отношение токов, приводящее к отклонению указателя.

В приборах серийного производства обычно используется мостовая логометрнческая схема (рнс. 14.7). Сопротивления линий и Rj,3 включены в соседние плечи моста, в результате чего прн Ri = имеем Rt + Rb - Rs и их влияние взаимно компенсируется. Независимость показаний логометра от изменения (в пределах 20%) напряжения питания позволяет использовать его для измерения температуры н других физических величин с резистив-ными преобразователями, особенно на подвижных объектах. Внешний вид логометров показан на рнс. 14.8. Пределы измерения соответствуют данным табл. 14.3. Основные технические характеристики сведены в табл. 14.11.

При точных измерениях и поверке ТС, а также при измерении низких температур, когда сопротивление ТС мало, используется компенсационный метод измерения. Сущность его заключается в сравнении напряжений на образцовом резисторе и ТС, включенных в цепь источника питания. Измерение падений напряжения производится потенцном.етром. При этом напряжение питания и сопротивления соединительных проводов не влияют иа результат измерения. Измеряемое сопротивление ТС для схемы рис. 14.9 определяется формулой

Рис. 14.7. Мостовая схема логометра.

- обр 77

Для повышения точности измерения сопротивление RQp образцового резистора необходимо выбирать близким по значению к сопротивлению

тс и производить инверсию тока питания для снижения влияния контактных термоЭДС,

В промышленных условиях эксплуатации, особенно при измерении низких температур, используется фазонечувствительный компенсационный прибор переменного тока с автоматическим уравновешиванием (рис. 14.10). Падение напряжения. на ТС сравнивается с напряжением, снимаемым с

Рис, 14.8. Магнитоэлектрические логометры:

а - Ш69000; б - Ш69001 и Щ69002

Р?°°РДЗ который включен во вторичную обмотку трансформатора тока (ТТ). При изменении сопротивления ТС на вход усилителя поступает напряжение, управляющее реверсивным двигателем до наступления равновесия. В этом случае выполняется равенство

Rt = + т/?з з),

Рнс. 14.9. Схема компенсационного метода измерения сопротивления ТС

Рис. 14.10. Схема автоматическогд компенсационного прибора переменного тока

где k - коэффициент трансформации трансформаторного тока; R = = RpRmKRp + ш) - эквивалентное сопротивление реохорда; т - относительное перемещение движка реохорда. Сопротивление R, ограничивающее ток через ТС, определяется из выражения

где Rt = 0,5 ((jjj2x min - сопротивление ТС, соответствующее температуре середины измеряемого диапазона; - эквивалентное сопротивление трансформатора тока с учетом нагрузки (R + Rjkb) вторичной цепи.

Особенностью схемы является практически полное отсутствие влияния сопротивления соединительных проводов на результат измерения. Резистор Ri определяет начало щкалы прибора, а R - диапазон измерения.

Основным недостатком схемы является влияние иа результат измерения комплексного коэффициента трансформации ТТ, невозможность питания схемы напряжением высоких частот (для уменьшения влияния помех промышленной частоты) вследствие влияния реактивных параметров линии связи.

Преобразователи с унифицированным выходным сигналом. Распространение цифровых приборов и информационно-измерительных систем предопределило необходимость создания преобразователей сопротивления ТС (аналогично и термоЭДС ПТ) в напряжение или ток с нормирующими значениями выходного сигнала. Они выполняются в виде конструктивно законченного блока и могут размещаться на объекте измерения в непосредственной близости от точки измерения температуры. Выходные сигналы, пропорциональные измеряемой температуре, через каналы связи подаются иа регистрирующие, управляющие и другие устройства. Передача выходного сигнала может быть осуществлена иа большие расстояния, чем обеспечивается эффективное использование средств централизованного сбора и обработки термометрической информации.

Унифицирующие преобразователи входят в агрегатный комплекс средств электроизмерительной техники (АСЭТ), создание которого обеспечивает совместимость измерительных средств для автоматизации измерений, построения информационно-измерительных систем н измерительно-вычислительных комплексов. Преобразователи по числу каналов делятся иа одноканальные и групповые. Последние имеют встроенный коммутатор, работающий пол управлением внешних устройств. Отечественной промышленностью выпускаются преобразователи типов НП-СЛ1М, Ш-71, Ш79, Ш703, Ш709, П234 и А614-7/2. Диапазоны измерений преобразователей соответствуют данным табл. 14.3. Класс гочности преобразователей 0,5. Выходной сигнал 0...5 мА постоянного тока на нагрузке до 2,5 кОм или 0...10 В напряжения постоянного тока на нагрузке от 2 кОм и выше. Входные и выходные цепи н цепь питания гальванически не связаны между собой. Максимальные габаритные размеры преобра.зователей типа Ш-71 80 X 160 Х400 мм, масса не более 5,5 кг. Преобразователи типа Ш703 вследствие применения микроэлементной базы имеют меньшие габариты (60 X 160 X 400 мм) и массу (3,5 кг). Преобразователи НП-СЛ1М имеют искробезопасное исполнение входных цепей.

Промышленностью также выпускаются унифицирующие преобразователи, конструктивно объединенные с ТС. Блок электроники расположен в головке ТС, или через гибкий кабель длиной до 1500 мм соединен с ним. В первом случае преобразователь крепится с помощью штуцера, во втором - блок электроники крепится отдельно с помощью специальных хомутов. Основные технические характеристики таких преобразователей приведены в табл. 14.12, 14.13.

Основной частью структурной схемы преобразователей сопротивления ТС в унифицированный сигнал является входное устройство, посредством которого осуществляется преобразование сопротивления в напряжение постоянного тока. Это достигается включением ТС в цепь обратной связи усилителей. В отличие от мостовых схем такие преобразователи обеспечивают более высокие метрологические и эксплуатационные характерйсти-

Для построения преобразователя сопротивления термисторов, имеющих высокое сопротивление (несколько кОм), может быть использована