Método comparativo con medida

En la tecnología de medición, a menudo se utiliza un método para mejorar la precisión, que se basa en comparar el valor de la cantidad medida con el valor de la cantidad reproducida por una medida especial. En este caso, se mide la señal diferente (diferencial) y, dado que la medición suele tener un pequeño error, se garantiza una alta precisión de medición.

Este método es la base del funcionamiento de puentes de medida y potenciómetros.

Por lo general, el valor reproducido por la medida se ajusta y, en el proceso de medición, su valor se establece exactamente igual al valor del valor medido.

Cuando se miden puentes, las resistencias se usan como tal medida: rheocords, con la ayuda de los cuales se equilibra la resistencia del transductor térmico, que cambia cuando cambia la temperatura del objeto.

En la medición de potenciómetros se suele utilizar una fuente de tensión estable con una salida regulada. En el curso de las mediciones, utilizando el voltaje de dicha fuente, se compensa el EMF generado por el sensor. En este caso, este método de medición se denomina compensación.

En ambos casos, la tarea de los siguientes dispositivos (dispositivos) es solo registrar el hecho de la igualdad del valor medido y la medida, por lo tanto, los requisitos para ellos se reducen significativamente.

Determinación de la temperatura mediante puentes de medición

Como ejemplo, considere el principio de funcionamiento del puente de medición en modo manual.

La Figura 1a muestra un circuito puente para medir la temperatura Θ de cierto objeto para controlar OR (o medir OI). La base de dicho circuito es un circuito cerrado de cuatro resistencias RTC, Rp, Rl, R2, que forman los llamados brazos de puente. Los puntos de conexión de estas resistencias se llaman vértices (a, b, c, d), y las líneas que conectan vértices opuestos (a-b, c-d) se llaman diagonales del puente. Una de las diagonales (c-d, Fig. 1.a) recibe tensión de alimentación, la otra (a-b) mide o emite. Tal circuito se llama puente, lo que le da el nombre a todo el dispositivo de medición.

La resistencia RTC es un transductor primario de medición de temperatura (termistor) ubicado muy cerca del objeto de medición (a menudo dentro de él) y conectado al circuito de medición mediante cables de hasta varios metros de largo.

El requisito principal para un convertidor térmico de este tipo es la dependencia lineal de su resistencia activa RTC de la temperatura en el rango de medición requerido:

donde R0 es la resistencia nominal del convertidor térmico a la temperatura Θ0 (normalmente Θ0 = 20 °C):

α — coeficiente de temperatura que depende del material del convertidor térmico.

Los termistores metálicos más utilizados, TCM (cobre) y TSP (platino), a veces se denominan termistores metálicos (MTP).

La resistencia variable Rp es el reocord (medida) de alta precisión discutido anteriormente y sirve para equilibrar el RTC variable. Las resistencias R1 y R2 completan el circuito puente. En caso de igualdad de sus resistencias R1 = R2, el circuito puente se llama simétrico.

Además, la FIG. 1.a muestra un dispositivo nulo (NP) para fijar el volante del puente y una flecha con una escala graduada en grados Celsius.

Arroz. 1. Medición de temperatura por puentes de medición: a) en modo manual; b) en modo automático

Se sabe de la ingeniería eléctrica que la condición de equilibrio (equilibrio) del puente se realiza cuando el producto de las resistencias de los brazos opuestos del puente es igual, es decir, teniendo en cuenta la resistencia de los cables que conectan el sensor:

donde Rp = Rp1 + Rp2 es la suma de las resistencias de los hilos; o para puente simétrico (R1 = R2)

En este caso, no hay voltaje en la diagonal de medición y el dispositivo cero indica cero.

Cuando la temperatura Θ del objeto cambia, la resistencia del sensor RTC cambia, el equilibrio se altera y debe restablecerse moviendo el control deslizante del cable deslizante.

En este caso, junto con el control deslizante, la flecha se moverá a lo largo de la escala (las líneas punteadas en la Fig. 1.a indican la conexión mecánica entre el control deslizante y la flecha).

Las lecturas se realizan solo en momentos de equilibrio, razón por la cual estos circuitos y dispositivos a menudo se denominan puentes de medición equilibrados.

La principal desventaja del circuito de medición que se muestra en la fig. 1.a, es la presencia de un error provocado por la resistencia de los hilos Rp, que puede variar en función de la temperatura ambiente.

Este error se puede eliminar usando un método de tres hilos para conectar el sensor (vea la Figura 1.b).

Su esencia radica en el hecho de que con la ayuda del tercer cable, la "c" superior de la diagonal de suministro se mueve directamente a la resistencia térmica, y los dos cables restantes Rп1 y Rп2 están en diferentes brazos adyacentes, es decir. el estado de equilibrio de un puente simétrico se transforma de la siguiente manera:

Por lo tanto, para eliminar completamente el error, basta con usar los mismos cables (Rp1 = Rp2) al conectar el sensor al circuito puente.

Sistema de control de temperatura automático

Para implementar el modo de medición automático (Fig. 1b), es suficiente conectar un amplificador sensible a la fase (U) y un motor reversible (RD) con una caja de cambios a la diagonal de medición en lugar de un dispositivo cero.

Según la naturaleza del cambio de temperatura del objeto, la calle de rodaje moverá el control deslizante RP en una dirección u otra hasta que se establezca el equilibrio. El voltaje a través de la diagonal a-b desaparecerá y el motor se detendrá.

Además, el motor moverá el puntero indicador y el registrador (PU) si es necesario para registrar las lecturas en la tira gráfica (DL). La barra gráfica es impulsada a una velocidad constante por un motor síncrono (SM).

Desde el punto de vista de la teoría del control automático, esta instalación de medición es un sistema de control automático de temperatura (SAK) y pertenece a la clase de servosistemas con retroalimentación negativa.

La función de retroalimentación se logra conectando mecánicamente el eje del motor RD al registro Rp. El punto de ajuste es el termopar TC. En este caso, el circuito puente realiza dos funciones:

1. dispositivo de comparación

2.convertidor (ΔR a ΔU).

El voltaje ΔU es una señal de error

El motor inversor es un elemento ejecutivo, y el valor de salida es el movimiento de 1 flecha (o unidad de registro), ya que el propósito de cada SAC es proporcionar información sobre el valor controlado en una forma conveniente para la percepción humana.

El circuito real del puente de medición KSM4 (Fig. 2) es un poco más complicado que el que se muestra en la Fig. 1.b.

La resistencia R1 es un registro: un cable de alta resistencia eléctrica enrollado en un cable aislado. El motor móvil se desliza sobre el cable deslizante y a través de un bus de cobre paralelo al cable deslizante.

Para reducir la influencia de la resistencia de contacto transitoria del motor sobre la precisión de la medición, se incluyen dos partes del cable deslizante, separadas del motor, en diferentes brazos del puente.

El propósito de las resistencias restantes:

• R2, R5, R6 — maniobra, para cambiar los límites de medición o el rango de escala,

• R3, R4: para establecer (seleccionar) la temperatura al comienzo de la escala,

• R7, R9, P10: complete el circuito puente;

• R15 — para ajustar la igualdad de las resistencias de los cables Rп en diferentes brazos del puente,

• R8 — para limitar la corriente del termistor;

• R60 — para limitar la corriente de entrada del amplificador.

Todas las resistencias están hechas de alambre de manganina.

El puente se alimenta con tensión alterna (6,3 V) procedente de un devanado especial del transformador de red.

Amplificador (U): CA sensible a la fase.

El motor reversible ejecutivo (RD) es un motor de inducción bifásico con una caja de cambios incorporada.

Arroz. 2. Esquema del dispositivo KSM4 en modo de medición de temperatura de un solo canal.