Phương pháp so sánh bằng thước đo

Trong kỹ thuật đo lường, một phương pháp thường được sử dụng để nâng cao độ chính xác, đó là dựa trên việc so sánh giá trị của đại lượng đo được với giá trị của đại lượng được tái tạo bằng một thước đo đặc biệt. Trong trường hợp này, tín hiệu (vi sai) khác nhau được đo và do phép đo thường có sai số nhỏ nên đảm bảo độ chính xác của phép đo cao.

Phương pháp này là cơ sở hoạt động của cầu đo và chiết áp.

Thông thường, giá trị được tái tạo bởi phép đo được điều chỉnh và trong quá trình đo, giá trị của nó được đặt chính xác bằng giá trị của giá trị được đo.

Khi đo các cầu, các điện trở được sử dụng như một thước đo như vậy - rheochords, nhờ đó điện trở của bộ chuyển đổi nhiệt được cân bằng, thay đổi khi nhiệt độ của vật thể thay đổi.

Nguồn điện áp ổn định với đầu ra được điều chỉnh thường được sử dụng để đo chiết áp. Trong quá trình đo, sử dụng điện áp của nguồn như vậy, EMF do cảm biến tạo ra sẽ được bù. Trong trường hợp này, phương pháp đo này được gọi là bù.

Trong cả hai trường hợp, nhiệm vụ của các thiết bị (thiết bị) sau chỉ là đăng ký thực tế về sự bằng nhau của giá trị đo được và thước đo, do đó các yêu cầu đối với chúng được giảm đáng kể.

Xác định nhiệt độ bằng cầu đo

Ví dụ, xem xét nguyên tắc hoạt động của cầu đo ở chế độ thủ công.

Hình 1a cho thấy một mạch cầu để đo nhiệt độ Θ của một đối tượng nhất định để kiểm soát OR (hoặc đo OI). Cơ sở của một mạch như vậy là một mạch kín gồm bốn điện trở RTC, Rp, Rl, R2, tạo thành cái gọi là nhánh cầu. Các điểm nối của các điện trở này được gọi là các đỉnh (a, b, c, d) và các đường nối các đỉnh đối diện (a-b, c-d) được gọi là các đường chéo của cầu. Một trong các đường chéo (c-d, Hình 1.a) được cung cấp điện áp nguồn, đường còn lại (a-b) đang đo hoặc xuất. Một mạch như vậy được gọi là cầu nối, đặt tên cho toàn bộ thiết bị đo.

Điện trở RTC là một bộ chuyển đổi đo nhiệt độ sơ cấp (điện trở nhiệt) nằm gần đối tượng đo (thường bên trong đối tượng đo) và được kết nối với mạch đo bằng dây dài tới vài mét.

Yêu cầu chính đối với bộ chuyển đổi nhiệt như vậy là sự phụ thuộc tuyến tính của điện trở hoạt động RTC của nó vào nhiệt độ trong dải đo yêu cầu:

trong đó R0 là điện trở danh định của bộ biến đổi nhiệt ở nhiệt độ Θ0 (thường Θ0 = 20°C):

α - hệ số nhiệt độ phụ thuộc vào vật liệu của bộ chuyển đổi nhiệt.

Các nhiệt điện trở kim loại được sử dụng phổ biến nhất TCM (đồng) và TSP (bạch kim), đôi khi được gọi là nhiệt điện trở kim loại (MTP).

Biến trở Rp là dây quay có độ chính xác cao (đo lường) đã thảo luận ở trên và dùng để cân bằng biến RTC. Điện trở R1 và R2 hoàn thành mạch cầu. Trong trường hợp điện trở của chúng bằng nhau R1 = R2 thì mạch cầu gọi là đối xứng.

Ngoài ra, HÌNH. 1.a hiển thị một thiết bị rỗng (NP) để cố định độ cân bằng của cầu và một mũi tên có thang chia độ theo độ C.

Cơm. 1. Đo nhiệt độ bằng cầu đo: a) Ở chế độ thủ công; b) ở chế độ tự động

Từ kỹ thuật điện, người ta biết rằng điều kiện cân bằng (cân bằng) của cầu được thực hiện khi tích của điện trở của các nhánh đối diện của cầu bằng nhau, tức là có tính đến điện trở của các dây kết nối cảm biến:

trong đó Rp = Rp1 + Rp2 là tổng điện trở của dây; hoặc cho cầu đối xứng (R1 = R2)

Trong trường hợp này, không có điện áp trong đường chéo đo và thiết bị zero chỉ số không.

Khi nhiệt độ Θ của vật thể thay đổi, điện trở của cảm biến RTC thay đổi, sự cân bằng bị xáo trộn và nó phải được khôi phục bằng cách di chuyển con trượt của dây trượt.

Trong trường hợp này, cùng với thanh trượt, mũi tên sẽ di chuyển dọc theo thang đo (các đường chấm chấm trong Hình 1.a biểu thị kết nối cơ học giữa thanh trượt và mũi tên).

Các bài đọc chỉ được thực hiện tại các thời điểm cân bằng, đó là lý do tại sao các mạch và thiết bị như vậy thường được gọi là cầu đo cân bằng.

Nhược điểm chính của mạch đo thể hiện trong hình. 1.a, là lỗi do điện trở của dây Rp gây ra, có thể thay đổi tùy thuộc vào nhiệt độ môi trường.

Lỗi này có thể được loại bỏ bằng cách sử dụng phương pháp kết nối cảm biến ba dây (xem Hình 1.b).

Bản chất của nó nằm ở chỗ, với sự trợ giúp của dây thứ ba, «c» phía trên của đường chéo cung cấp được di chuyển trực tiếp đến điện trở nhiệt và hai dây còn lại Rп1 và Rп2 nằm trong các nhánh liền kề khác nhau, tức là. trạng thái cân bằng của cầu đối xứng được biến đổi như sau:

Do đó, để loại bỏ hoàn toàn lỗi, chỉ cần sử dụng cùng một dây (Rp1 = Rp2) khi kết nối cảm biến với mạch cầu là đủ.

Hệ thống kiểm soát nhiệt độ tự động

Để thực hiện chế độ đo tự động (Hình 1b), chỉ cần kết nối bộ khuếch đại nhạy pha (U) và động cơ đảo chiều (RD) với hộp số với đường chéo đo thay vì thiết bị không.

Tùy thuộc vào tính chất thay đổi nhiệt độ của vật thể, đường lăn sẽ di chuyển con trượt RP theo hướng này hay hướng khác cho đến khi cân bằng được thiết lập. Điện áp trên đường chéo a-b sẽ biến mất và động cơ sẽ dừng lại.

Ngoài ra, động cơ sẽ di chuyển con trỏ chỉ báo và bộ ghi (PU) nếu cần thiết để ghi lại số đọc trên dải biểu đồ (DL). Thanh đồ họa được điều khiển ở tốc độ không đổi bằng động cơ đồng bộ (SM).

Từ quan điểm của lý thuyết điều khiển tự động, cài đặt đo lường này là một hệ thống điều khiển nhiệt độ tự động (SAK) và thuộc loại hệ thống servo có phản hồi âm.

Chức năng phản hồi được thực hiện bằng cách kết nối cơ học trục động cơ RD với bản ghi Rp. Điểm đặt là cặp nhiệt điện TC. Trong trường hợp này, mạch cầu thực hiện hai chức năng:

1. thiết bị so sánh

2.bộ chuyển đổi (ΔR thành ΔU).

Điện áp ΔU là tín hiệu lỗi

Động cơ đảo chiều là một phần tử điều hành và giá trị đầu ra là chuyển động của 1 mũi tên (hoặc đơn vị ghi), vì mục đích của mỗi SAC là cung cấp thông tin về giá trị được điều khiển ở dạng thuận tiện cho nhận thức của con người.

Mạch thực tế của cầu đo KSM4 (Hình 2) phức tạp hơn một chút so với mạch trong Hình. 1.b.

Điện trở R1 là một rechord — một dây có điện trở cao được quấn trên một dây cách điện. Động cơ di động trượt trên dây trượt và băng qua một thanh cái bằng đồng song song với dây trượt.

Để giảm ảnh hưởng của điện trở tiếp xúc nhất thời của động cơ đến độ chính xác của phép đo, hai phần của dây trượt, tách biệt với động cơ, được đưa vào các nhánh khác nhau của cầu.

Mục đích của các điện trở còn lại:

• R2, R5, R6 — cơ động, để thay đổi giới hạn đo hoặc phạm vi thang đo,

• R3, R4 — để đặt (chọn) nhiệt độ ở đầu thang đo,

• R7, R9, P10 — hoàn thành mạch cầu;

• R15 — để điều chỉnh sự bằng nhau của điện trở của dây Rп trên các nhánh cầu khác nhau,

• R8 — để giới hạn dòng nhiệt điện trở;

• R60 — để giới hạn dòng điện đầu vào của bộ khuếch đại.

Tất cả các điện trở được làm bằng dây manganin.

Cây cầu được cung cấp bởi điện áp xoay chiều (6,3 V) từ một cuộn dây đặc biệt của máy biến áp nguồn.

Bộ khuếch đại (U) — AC nhạy pha.

Động cơ đảo chiều điều hành (RD) là động cơ cảm ứng hai pha có hộp số tích hợp.

Cơm. 2. Sơ đồ thiết bị KSM4 ở chế độ đo nhiệt độ một kênh.