Metodo comparativo con misura

Nella tecnologia di misurazione, viene spesso utilizzato un metodo per migliorare la precisione, che si basa sul confronto del valore della quantità misurata con il valore della quantità riprodotta da una misura speciale. In questo caso, viene misurato il segnale diverso (differenziale) e poiché la misurazione di solito ha un piccolo errore, è garantita un'elevata precisione di misurazione.

Questo metodo è alla base del funzionamento dei ponti di misura e dei potenziometri.

Di solito, il valore riprodotto dalla misura viene regolato e, durante il processo di misurazione, il suo valore viene impostato esattamente uguale al valore del valore misurato.

Quando si misurano i ponti, le resistenze vengono utilizzate come tale misura: reochords, con l'aiuto del quale viene bilanciata la resistenza del trasduttore termico, che cambia quando cambia la temperatura dell'oggetto.

Una sorgente di tensione stabile con un'uscita regolata viene solitamente utilizzata per misurare i potenziometri. Nel corso delle misurazioni, utilizzando la tensione di tale sorgente, l'EMF generato dal sensore viene compensato. In questo caso, questo metodo di misurazione è chiamato compensazione.

In entrambi i casi, il compito dei seguenti dispositivi (dispositivi) è solo quello di registrare il fatto dell'uguaglianza del valore misurato e della misura, pertanto i requisiti per essi sono notevolmente ridotti.

Determinazione della temperatura mediante misura dei ponti

Ad esempio, si consideri il principio di funzionamento del ponte di misurazione in modalità manuale.

La figura 1a mostra un circuito a ponte per misurare la temperatura Θ di un certo oggetto per controllare OR (o misurare OI). La base di tale circuito è un circuito chiuso di quattro resistori RTC, Rp, Rl, R2, che formano i cosiddetti bracci del ponte. I punti di connessione di questi resistori sono chiamati vertici (a, b, c, d) e le linee che collegano vertici opposti (a-b, c-d) sono chiamate diagonali del ponte. Una delle diagonali (c-d, Fig. 1.a) è alimentata con tensione di alimentazione, l'altra (a-b) misura o emette. Tale circuito è chiamato ponte, che dà il nome all'intero dispositivo di misurazione.

Il resistore RTC è un trasduttore primario di misurazione della temperatura (termistore) situato in prossimità dell'oggetto di misurazione (spesso al suo interno) e collegato al circuito di misurazione mediante cavi lunghi fino a diversi metri.

Il requisito principale per un tale convertitore termico è la dipendenza lineare della sua resistenza attiva RTC dalla temperatura nell'intervallo di misurazione richiesto:

dove R0 è la resistenza nominale del convertitore termico alla temperatura Θ0 (solitamente Θ0 = 20 °C):

α — coefficiente di temperatura che dipende dal materiale del convertitore termico.

I termistori metallici più comunemente usati TCM (rame) e TSP (platino), sono talvolta chiamati termistori metallici (MTP).

Il resistore variabile Rp è il reochord (misura) ad alta precisione discusso sopra e serve a bilanciare la variabile RTC. I resistori R1 e R2 completano il circuito a ponte. In caso di uguaglianza delle loro resistenze R1 = R2, il circuito a ponte è chiamato simmetrico.

Inoltre, la fig. 1.a mostra un dispositivo nullo (NP) per fissare l'equilibrio del ponte e una freccia con scala graduata in gradi Celsius.

Riso. 1. Misura della temperatura mediante ponti di misura: a) in modalità manuale; b) in modalità automatica

È noto dall'ingegneria elettrica che la condizione di equilibrio (equilibrio) del ponte si realizza quando il prodotto delle resistenze dei bracci opposti del ponte è uguale, ad es. tenendo conto della resistenza dei fili che collegano il sensore:

dove Rp = Rp1 + Rp2 è la somma delle resistenze del filo; o per ponte simmetrico (R1 = R2)

In questo caso, non c'è tensione nella diagonale di misurazione e il dispositivo zero indica zero.

Quando la temperatura Θ dell'oggetto cambia, la resistenza del sensore RTC cambia, l'equilibrio viene disturbato e deve essere ripristinato spostando il cursore del filo scorrevole.

In questo caso, insieme al cursore, la freccia si sposterà lungo la scala (le linee tratteggiate in Fig. 1.a denotano il collegamento meccanico tra il cursore e la freccia).

Le letture vengono effettuate solo nei momenti di equilibrio, motivo per cui tali circuiti e dispositivi sono spesso chiamati ponti di misura bilanciati.

Il principale svantaggio del circuito di misura mostrato in fig. 1.a, è la presenza di un errore causato dalla resistenza dei fili Rp, che può variare in funzione della temperatura ambiente.

Questo errore può essere eliminato utilizzando un metodo a tre fili per collegare il sensore (vedere Figura 1.b).

La sua essenza sta nel fatto che con l'aiuto del terzo filo, la «c» superiore della diagonale di alimentazione viene spostata direttamente sulla resistenza termica, e i due fili rimanenti Rп1 e Rп2 si trovano in diversi bracci adiacenti, ad es. lo stato di equilibrio di un ponte simmetrico si trasforma come segue:

Pertanto, per eliminare completamente l'errore, è sufficiente utilizzare gli stessi fili (Rp1 = Rp2) quando si collega il sensore al circuito a ponte.

Sistema di controllo automatico della temperatura

Per implementare la modalità di misurazione automatica (Fig. 1b), è sufficiente collegare un amplificatore sensibile alla fase (U) e un motore reversibile (RD) con un riduttore alla diagonale di misurazione invece di un dispositivo zero.

A seconda della natura del cambiamento di temperatura dell'oggetto, la pista di rullaggio sposterà il cursore RP in una direzione o nell'altra finché non viene stabilito l'equilibrio. La tensione attraverso la diagonale a-b scomparirà e il motore si fermerà.

Inoltre, il motore sposterà la lancetta dell'indicatore e il registratore (PU) se necessario per registrare le letture sulla striscia cartografica (DL). La barra grafica è azionata a velocità costante da un motore sincrono (SM).

Dal punto di vista della teoria del controllo automatico, questa installazione di misurazione è un sistema di controllo automatico della temperatura (SAK) e appartiene alla classe dei servosistemi con feedback negativo.

La funzione di retroazione viene realizzata collegando meccanicamente l'albero motore RD al record Rp. Il set point è la termocoppia TC. In questo caso, il circuito a ponte svolge due funzioni:

1. dispositivo di confronto

2.convertitore (da ΔR a ΔU).

La tensione ΔU è un segnale di errore

Il motore di retromarcia è un elemento esecutivo e il valore di uscita è il movimento di 1 freccia (o unità di registrazione), poiché lo scopo di ciascun SAC è fornire informazioni sul valore controllato in una forma conveniente per la percezione umana.

Il circuito effettivo del ponte di misura KSM4 (Fig. 2) è leggermente più complicato di quello mostrato in Fig. 1.b.

Il resistore R1 è un rechord, un filo ad alta resistenza elettrica avvolto su un filo isolato. Il motore mobile scorre sul filo scorrevole e attraverso un bus di rame parallelo al filo scorrevole.

Per ridurre l'influenza della resistenza di contatto transitoria del motore sull'accuratezza della misura, due parti del filo scorrevole, separate dal motore, sono incluse in diversi bracci del ponte.

Lo scopo dei resistori rimanenti:

• R2, R5, R6 — manovra, per modificare i limiti di misurazione o l'intervallo di scala,

• R3, R4 — per impostare (selezionare) la temperatura all'inizio della scala,

• R7, R9, P10 — completano il circuito del ponte;

• R15 — per regolare l'uguaglianza delle resistenze dei fili Rп sui diversi bracci del ponte,

• R8 — per limitare la corrente del termistore;

• R60 — per limitare la corrente di ingresso dell'amplificatore.

Tutti i resistori sono realizzati in filo di manganina.

Il ponte è alimentato a tensione alternata (6,3 V) da un apposito avvolgimento del trasformatore di rete.

Amplificatore (U) — AC sensibile alla fase.

Il motore executive reversibile (RD) è un motore a induzione bifase con riduttore incorporato.

Riso. 2. Schema del dispositivo KSM4 in modalità di misurazione della temperatura a canale singolo.