Вопрос №14. Измерение температуры компенсационным методом

Вопрос № 13

Измерение температуры компенсационным методом.

Компенсационный метод (метод противопос­тавления) измерения заключается в уравновешивании, осуществляе­мом включением на индикатор равновесия либо двух электрически не связанных между собой, но противоположно направленных напряжений или ЭДС, либо двух раздельно регулируемых токов. Компенсационный метод исполь­зуют для непосредственного срав­нения напряжений или ЭДС, тока и косвенно для измерения других электрических, а также неэлектри­ческих величин, преобразуемых в электрические.

Электромагнитные индуктивные датчики. Мостоваяя схема.

Широкое применение индуктивные датчики находят в промышленности для измерения перемещений и покрывают диапазон от 1мкм до 20мм. Также можно использовать индуктивный датчик для измерения давлений, сил, уровней расхода газа и жидкости и т. д. В этом случае измеряемый параметр с помощью различных чувствительных элементов преобразуется в изменение перемещения и затем эта величина подводится к индуктивному измерительному преобразователю. В случае измерения давлений, чувствительные элементы могут выполняться в виде упругих мембран, сильфонов, и т. д. Используются они и в качестве датчиков приближения, которые служат для обнаружения различных металлических и неметаллических объектов бесконтактным способом по принципу “да” или “нет”. Возможные области применения датчиков чрезвычайно разнообразны, можно выделить лишь отдельные сферы: промышленная техника измерения и регулирования, робототехника, автомобилестроение, бытовая техника, медицинская техника. Достоинства: - простота и прочность конструкции, отсутствие скользящих контактов; - возможность подключения к источникам промышленной частоты; - относительно большая выходная мощность (до десятков Ватт); - значительная чувствительность. Недостатки: - точность работы зависит от стабильности питающего напряжения по частоте; - возможна работа только на переменном токе.

Весьма широкое распространение для вклю­чения индуктивных датчиков нашла мостовая схема включения в различных вариантах. Общий вид мостовых схем включения недиф­ференциального индуктивного датчика показан на рисунке. Если соблюдается условие где – фазовый угол соответствующего комплексного сопротив­ления, то выходное напряжение равно нулю, и мост в этом слу­чае сбалансирован или уравновешен. Условие равновесия мостовой схемы формулируется следующим образом: «для равновесия мос­товой схемы необходимо, чтобы произведения модулей комплексных сопротивлений накрест лежащих плеч моста, а также суммы их углов фазовых сдвигов были равны между собой». При изменении индуктивности датчика условие равновесия мос­та нарушается, и выходное напряжение моста пропорционально из­менению индуктивности. Плечи мостовой схемы в общем случае являются комплексными сопротивлениями и в конкретных схемах включения могут быть реа­лизованы включением резисторов, индуктивностей или емкостей. Пример реализации мостовой схемы приведен на рисунке. Одним плечом моста является индуктивность датчика, второе плечо – компенсационная индуктивность, третье и четвертое – образова­ны резисторами, и. Для резисторов фазовый угол. Для индуктивностей. В связи с этим удается обеспечить усло­вие равновесия мостовой схемы. Балансировка мостовой схемы для определенного значения при настройке осуществляется резисто­ром или изменением компенсационной индуктивности. Мостовые схемы с компенсационной индуктивностью не всегда удобны при практическом исполнении. В этом отношении проще схемы на резистивно-емкостных элементах. Конденса­тор введен в схему для того, чтобы можно было обеспечить ра­венство сумм фазовых углов накрест лежащих плеч моста. Регу­лировкой резистора устанавливается требуемый угол фазового сдвига плеча, составленного резисторами,, частично и конденсатором и накрест лежащего по отношению к плечу с. Регулировкой резистора добиваются выполнения условия равен­ства произведений модулей сопротивлений накрест лежащих плеч. Таким образом оба регулировочных элемента и одновремен­но используются для балансировки мостовой схемы. Мостовая схема используется и для включения дифференци­альных датчиков. Два плеча моста образованы индуктивностями обмоток дифференциального датчика, а два других резисторами, и. Поскольку катушки датчика имеют одинаковую конструкцию и одинаковые параметры, то для них углы фазовых сдвигов близки, и второе условие равновесия мостовой схемы обеспечивается автоматически. Для балансировки мостовой схемы при неравных значениях индуктивностей и в процессе настройки служит резистор, которым добиваются выполнения первого условия равновесия мостовой схемы. В мостовой схеме, приведенной на рисунке плечами моста являются индуктивности датчика и, а также обмотки тран­сформатора и резистор. В этой схеме указатель подключен к измерительной диагонали моста через трансформатор. Такое включение позволяет наилучшим образом согласовать между со­бой выходное сопротивление мостовой схемы и сопротивление из­мерителя для получения наибольшей чувствительности. Резистор служит для балансировки мостовой схемы при настройке. На рисунке, в приведена схема, аналогичная показанной на рисунке, а, но в данном случае изменено назначение диагоналей моста. Все рассмотренные мостовые схемы работают в режиме неурав­новешенного моста, при котором изменение индуктивности датчика размера ведет к пропорциональному изменению выходного напря­жения на измерительной диагонали моста. Выходное напряжение мостовой неуравновешенной схемы, где – относительное изменение полного сопротивления одного плеча (обмотки датчика) мостовой схемы; – коэффициент пре­образования мостовой схемы (плечевой коэффициент). Величина определяется соотношением углов фазовых сдви­гов комплексных сопротивлений смежных плеч. Фазовые соотношения смежных плеч моста: а – синфазные, б – квадратурные, в – противофазные. С этой точки зрения мостовые схемы разделяются на

Синфазны, квадратурные, противофазные

Для включения индуктивных датчиков размера на практике применяются только синфазные и квадратурные мостовые схемы, и, следовательно,. Выражение записано для модуля выходного напряжения без учета фазового сдвига. Из этого выражения нетрудно видеть, что стабильность выходного напряжения зависит от стабиль­ности напряжения питания и частоты питания (в последнем случае при изменении частоты изменяется). При этом,. Поскольку в общем виде первое условие равновесия мостовой схемы переменного тока можно записать, то функция преобразования уравновешенной мостовой схемы (при одном уравновешивающем плече) будет иметь вид и. При включении в мостовую схему дифференциального индуктив­ного датчика в выражения и следует подставлять ве­личину, где – относительное изменение полного сопро­тивления обмотки половины дифференциального датчика при вход­ном измеряемом перемещении.

Дата добавления: 2014-11-08