Вторинні вимірювальні прилади

Вторинні прилади відповідно до застосованого в них методу вимірювання розділяються на прилади прямого перетворення і прилади урівноваження.

Вимірювальні прилади прямого перетворення відрізняються простотою конструкції (отже, більшою надійністю), меншими масою, габаритами і вартістю, мають високу швидкодію, тому широко застосовуються при вимірюваннях. Проте ефективність «витягання» інформації з потоку енергії, отримуваного від об'єкту вимірювання, в цих приладах достатньо мала, чим пояснюється їх відносно низька точність.

Малюнок 2 - Схема вимірювання

температури за допомогою термопари

і мілівольтметра

Малюнок 2 – Схема

логометра

По методу прямого перетворення побудований прилад для вимірювання температури за допомогою термопари і мілівольтметра (мал. 1). У замкнутому контурі, що складається з термопари і рамки мілівольтметра /uv, в процесі вимірювання існує струм, величина якого визначає кут повороту рухомої системи приладу. Тому зміна електричних характеристик ланцюга, викликана, наприклад, змінами зовнішніх умов, приводить до значних погрішностей.

Основним принципом підвищення ефективності виділення інформації в ланцюгах прямого перетворення є узгодження опорів. У даному приладі для отримання рамкою мілівольтметра з опором R_р найбільшої потужності від термопари з опором необхідно, щоб R_р= R_i.

Прилади прямого перетворення можуть містити і складніші вимірювальні ланцюги, наприклад у вигляді дільників (струму або напруги), нерівноважних мостів.

На мал. 2 представлена схема приладу прямого перетворення - логометра. Логометр - магніто-електричний прилад постійного струму з електричним протидіючим моментом. Рухома частина логометру виконана у вигляді двох жорстко скріплених між собою рамок 1 і 2, по обмотках яких протікають струми I₁ I₂, що підводяться до обмоток за допомогою безмоментних струмопроводів. Моменти M₁ і М₂ направлені назустріч один одному і залежать від кута повороту α рухомій частині, тобто є функцією кута α. Технічно це досягається нерівномірністю магнітного поля в зазорі. При встановленій рівновазі моменти M₁ і М₂ рівні:

k₁ F₁(α)I₁=k₂ F₂(α)I_2,

де

k₁ F₁(α)I₁= M₁, а k₂ F₂(α)I₂= М₂

Отже

α=F(I₁/I₂),

тобто логометр вимірює відношення сили струмів. Якщо опір R ланцюга однієї рамки постійно, а опір r_х в ланцюзі другої рамки зв'язаний функціональною залежністю з контрольованим параметром (наприклад, r_х є термометром опору), то кут відхилення логометра α є функцією вимірюваної температури. При збільшенні вимірюваної температури збільшується опір обмотки термометру, зменшується сила струму I₂ і рамки повертаються за годинниковою стрілкою. Різним температурам вимірюваного середовища відповідають різні кути повертання рамок і укріпленої на них стрілки.

Основне достоїнство логометра - незалежність показників приладу від величини напруги живлення Е, нестабільність якої приводить до значних погрішностей вимірювань в приладах прямого перетворення.

У приладах врівноважуючого перетворення значно ефективніше використовується енергія, що отримується від об'єкту вимірювання, що забезпечує велику точність і ширший робочий діапазон, але значно зменшується швидкодія і ускладнюється конструкція, а отже, збільшуються маса, об'єм, вартість і знижується надійність приладів.

широко використовують прилади врівноважуючого перетворення з мостовими врівноваженими і компенсаційними вимірювальними схемами. Як вторинний прилад використовується міст з автоматичним процесом урівноваження - автоматичний міст (мал. 4). Плечі мосту аб, бв, аг і гв містять відповідно опори r_х+ r΄; r₁+ r΄΄; r₂; r₃. Величина r_х є опором датчика того параметра, для вимірювання якого призначений міст (наприклад, термоопір при вимірюванні температури), а величини r΄, r΄΄ - частини регулюємого реохорда, повзунок якого зв'язаний через передачу з ротором реверсивного двигуна РД. На діагональ моста ав подається напруга від джерела напруги постійного струму. Живлення може виконуватися і від джерела змінного струму; в цьому випадку відпадає необхідність у включенні перетворювача П.

Якщо міст урівноважений, то потенціали точок б і г рівні, тобто U _бг =φ _б -φ _г =0, напруга у вимірювальну схему не поступає і ротор двигуна нерухомий.

Умова рівноваги моста може бути записана таким чином:

т.ч.

звідки

При зміні контрольованого параметра змінюється опір датчика r_x, міст виходить із стану рівноваги і на діагоналі бг з'являється напруга, величина і напрям якого залежать від значення r_x. Ця напруга перетвориться в напругу змінного струму перетворювачем П, посилюється підсилювачами змінного струму (УН - підсилювач напруги, УМ - підсилювач потужності) і подається на реверсивний двигун РД. При обертанні ротор двигуна пересуває повзунок реохорда убік досягнення рівноваги моста і одночасно повертає покажчик, а при записуванні вимірюваної величини пересуває перо, що записує на діаграмі її значення. Ротор двигуна обертатиметься до досягнення рівноваги моста.

Якщо автоматичний міст призначений для управління, то контактні або регулюючі пристрої приводяться до дії тим же двигуном. Результати вимірювання не залежать від величини напруги живлення. У момент вимірювання струм у вимірювальній діагоналі відсутній, що дозволяє отримати високу точність вимірювання.

Автоматичні мости застосовуються для вимірювання температури, а також тиску, витрати речовини, рівня рідини, вологості і багато інших неелектричних величин, зміна яких може бути перетворена в зміну електричного опору.

Дата добавления: 2014-01-04