ЛЕКЦИЯ 5. Рис. 30. Дифференциальная измерительная схема

Рис. 30. Дифференциальная измерительная схема.

Рис. 27. Р ис. 28.

Рис. 26. Электронный автоматический мост

Рис. 24. Схематическое устройство и схема включения фоторезистора

И условное обозначение вакуумного фотоэлемента

Рис. 19. Схематическое устройство

Рис. 20. Схема включения фотоэлемента

Рис.21. ВАХ вакуумного и газонаполненного ФЭ

Рис. 22 Световые характеристики

Рис. 23. Спектральные характеристики.

Основные измерительные схемы

В автоматике наиболее часто применяются мостовые, потенциометрические и дифференциальные схемы измерения. Рассмотрим четырехплечный мост Уитстона (рис. 25.). Он имеет две диагонали: ab – диагональ питания и cd – выходная (измерительная) диагональ. У моста имеются 4 плеча. Можно показать, что выходное напряжения моста U_cd (R₁R₃-R₂R₄/. Состояние, когда U_cd = 0, называется равновесным. Условие равновесия легко можно получить из уравнений Кирхгофа. Будем считать, что мост уравновешен. Тогда справедливы соотношения:

(4.2)

Исключая из этих соотношений токи, получаем условие равновесия:

(4.3)

В состоянии равновесия произведения сопротивлений противоположных плеч моста попарно равны.

Аналогичное условие равновесия справедливо для мостов переменного тока, когда в плечах моста находятся комплексные сопротивления:

(4.4) Здесь величины Z_i – комплексные сопротивления плечей моста.

Рис. 25. Мост Уитстона

На рис. 26 представлена схема электронного автоматического моста Уитстона. Подробно она рассматривается в лабораторной работе. Следует отметить, что в комплекте с мостовыми схемами работает большое число измерительных преобразователей. Например, термометры сопротивления, датчики перемещения, индуктивные датчики и т.д. На практике обычно применяются электронные автоматические мосты. Они применяются, например, при автоматизации процессов тепловой обработки строительных материалов в различных тепловых камерах.

Потенциометрическая схема.

Для измерения напряжения или ЭДС с высокой точностью широкое распространение получил компенсационный метод. Суть этого метода заключается в следующем (рис. 27). При перемещении подвижного контакта b по реохорду потенциометра R_p изменяется напряжение U_n между точками a и b. Можно подобрать такое положение подвижного контакта b, чтобы ток через гальванометр Г был равен нулю. При этом измеряемое напряжение U_x полностью компенсируется напряжением U_n. Таким образом, каждому значению напряжения U_x соответствует определенное положение контакта потенциометра b, при которм гальванометр Г имеет нулевое показание. Следовательно, по положению стрелки, механически связанной с подвижным контактом потенциометра, можно производить отсчет измеряемой величины U_x.

Для того, чтобы компенсирующее напряжение U_n зависело только от положения подвижного контакта потенциометра, необходимо, чтобы по реохорду потенциометра протекал заданный ток, называемый рабочим током I_p. Этот ток регулируется реостатом R_б. Процесс измерения может быть автоматизирован путем замены гальванометра Г усилителем УС (рис. 28), выходное напряжение которого подается на реверсивный двигатель РД, перемещающий подвижный контакт потенциометра до положения равновесия (баланса), при котором U_x. = U_n. Таким образом, автоматически отрабатывается разбаланс измеряемого U_x. и компенсирующего U_n. Напряжений. В режиме компенсации напряжение на входе усилителя равно нулю, и РД не работает. С подвижным контактом потенциометра через редуктор связаны: стрелка, по положению которой производится отсчет показаний; перо, записывающее показания прибора на диаграмме, кулачки сигнализатора и регулятора, включающие соответствующие контакты при заданном показании прибора.

Равномерное перемещение диаграммы осуществляется синхронным электродвигателем, скорость вращения которого постоянна. На диаграмме перо чертит зависимость измеряемого параметра (температуры) от времени.

Автоматический электронный потенциометр

Рис. 29. Схема электронного автоматического потенциометра.

Упрощенная схема автоматического потенциометра приведена на рис. 29. Источником компенсирующего напряжения является мостовая схема. Напряжение, компенсирующее ЭДС термопары, снимается с одной из диагоналей моста (между вершинами 8 и 9).Источник питания включен в диагональ питания моста между двумя другими его вершинами (5 и 11).

При положении стрелки автоматического потенциометра на начальной отметке шкалы подвижный контакт потенциометра находится в крайнем левом положении. Перемещение подвижного контакта вправо приводит к увеличению напряжения на выходе моста (между точками 8 и 9). Максимальное значение компенсирующего напряжения снимается при правом крайнем положении подвижного контакта потенциометра. Соответствующим выбором величин резисторов R_н, R_k, R_n можно регулировать пределы изменения компенсирующего напряжения на выходе моста. Все резисторы мостовой схемы, кроме резистора Rм выполнены из провода, сопротивление которого практически не зависит от температуры. Сопротивление Rм выполнено из медного провода и помещается рядом со свободными концами термопары, что обеспечивает равенство их температур. Сопротивление R_м выбрано таким образом, что напряжение между точками 8 и 9 изменяется на ту же величину, на которую изменяется ЭДС термопары вследствие изменения температуры ее свободных концов, в результате чего автоматически вводится поправка на величину ЭДС свободных концов термопары.

Величина сопротивления R_с выбрана так, что при протекании по мостовой схеме рабочего тока падение напряжения на нем равно ЭДС нормального элемента Е_нэ, являющегося стабильным источником ЭДС (Е_нэ = 1,0195 В).

Рабочий ток регулируется изменением положения подвижного контакта реостата R_б.

Разность ЭДС термопары и компенсирующего ее выходного напряжения преобразуется из постоянного в переменное напряжение частотой 50 Гц с помощью вибропреобразователя ВП и трансформатора Тр.

Преобразование постоянного тока в переменный необходимо для того, чтобы можно было использовать электронный усилитель переменного тока ЭУ.

Усилители постоянного тока применять в данном случае нежелательно вследствие присущего им «дрейфа нуля».

В ЭУ сигнал усиливается как по напряжению, так и по мощности и поступает далее на обмотку управления однофазного асинхронного реверсивного двигателя РД.

Если ЭДС термопары больше компенсирующего напряжения моста, то двигатель будет перемещать подвижный контакт потенциометра вправо, а если меньше – то влево. Перемещение этого контакта будет происходить до полной компенсации ЭДС и выходного напряжения моста.

При установке переключателя SA1 в положение 13 (рис. 29), на вход ВП будет подана разность ЭДС нормального элемента и напряжения, снимаемого с сопротивления R_c. На вход ЭУ поступит переменное напряжение разбаланса, РД начнет вращаться, перемещая при этом подвижный контакт реостата R_б. Это обусловлено тем, что через фрикционное сцепление осуществляется механическая связь РД с подвижным контактом реостата R_б. Вращение двигателя будет происходить до момента установки рабочего тока.

Дифференциальная измерительная схема

Дифференциальной измерительной схемой называется электрическая цепь, состоящая из двух смежных контуров (рис. 30). В каждом контуре действует своя электродвижущая сила. Измерительный прибор включен в ветвь, общую для двух контуров.

Такая схема удобна в случае использования индуктивных датчиков. В этом случае Z₁ и Z₂ являются сопротивлениями этих датчиков. Дифференциальная схема проще мостовой и в некоторых случаях имеет более высокую чувствительность.

Измерительный прибор, включенный в общую ветвь, показывает разность контурных токов. Разность токов появляется в результате изменения одной или обеих ЭДС или в результате изменения одного или обоих сопротивлений. Наиболее часто датчиками являются сопротивления. Если Z₁ и Z₂ являются сопротивлениями дифференциального индуктивного датчика, то увеличение тока прибора будет происходить под действием обоих контурных токов, что увеличивает чувствительность.

Дата добавления: 2013-12-14