Размещено на http://allbest.ru/

метрологические характеристикИ нормирующих преобразователей

Нормирующие измерительные преобразователи относятся к функциональной группе средств получения информации и предназначены для преобразования естественных выходных сигналов первичных измерительных преобразователей в унифицированный выходной сигнал (табл. 1).

Таблица 1

В качестве унифицированных сигналов используют :

· постоянный ток, изменяющийся от 0-5мА (0-20, 4-20 мА) при изменении сигнала от первичного преобразователя от 0 до 100% диапазона измерений.

· напряжение постоянного тока, изменяющееся в диапазонах 0-1 В; 0-10 В

Сигналы 0-5 мА используют при длине линий связи до 5 км, а 0-20 (420) до 20 км.

Токовые сигналы обладают хорошей помехозащищенностью. Наиболее широко используется диапазон 4-20 мА, т.к. позволяет достаточно просто контролировать обрыв линий связи. Кроме того, нормирующие преобразователи используются в системах дистанционного контроля т.к. выходные сигналы измерительных преобразователей имеют малую мощность, и их передача на большие расстояния в ряде случаев затруднена.

Унификация выходного сигнала первичного преобразователя позволяет резко сократить номенклатуру вторичных приборов, обеспечить их взаимозаменяемость и разработать информационно-измерительные комплексы с применением ЭВМ.

Нормирующие преобразователи термоЭДС

В основу работы положен компенсационный метод измерения термоЭДС с использованием схемы потенциометра с переменной силой рабочего тока. Схема преобразователя приведена на рис. 1. Здесь I - контур измерений; II - контур компенсации. Контур I содержит корректирующий мост КМ, усилитель У1 с токовым выходом I_вых, резистор R_ОС и термопару Е_АВ(t, t₀). Корректирующий мост предназначен для введения автоматической поправки на изменение температуры свободных концов ТЭП, а также компенсации начальной термоЭДС в преобразователях, нижний предел измерения которых не равен 0°С.

Корректирующий мост представляет собой электрический неравновесный мост с постоянными манганиновыми резисторами R₁, R₂, R₃ и медным резистором R_M. Диагональ ab питания моста подключена к стабилизированному источнику питания U_пит. Напряжение этого источника выбирается в зависимости от градуировки подключаемой термопары. Измерительная диагональ cd корректирующего моста включена в разрыв между электродом термопары и соединительным проводом. При температуре свободных концов ТЭП, а, следовательно, и резистора R_M расположенного рядом с концами удлинительных проводов, равной 0°С, мост находится в равновесии, т. е. напряжение в диагонали cd равно нулю. Если температура свободных концов, например, выросла и стала t₀', то сопротивление резистора R_M,, также вырастет, в результате чего в диагонали появится напряжение U_cd. Это возникшее напряжение компенсирует недостающую термоЭДС, т. е. U_cd =E_AB(t₀',t₀).

Усилитель У1 состоит из двух каскадов: магнитного УМ, выполненного по двухтактной двухполупериодной схеме, и полупроводникового усилителя УП, работающего в режиме усиления постоянного тока Усилитель У1 выполняет функции нуль-индикатора.

Контур компенсации II включает в себя резистор R_ос и усилитель обратной связи У Этот усилитель аналогичен усилителю У1, но включен с глубокой отрицательной связью по выходному току усилителя. Выходной ток I_ос усилителя У2 является рабочим током контура II и при прохождении этого тока по сопротивлению R_ос на нем создается компенсирующее напряжение:

нормирующий преобразователь сигнал потенциометр

U_ос = I_осR_ос. (1)

Со стороны контура I к резистору R_ос подводится сигнал ТЭП Е_АВ(t, t₀), сложенный с напряжением U_cd, создаваемым в измерительной диагонали корректирующего моста. Таким образом, этот суммарный сигнал, сравнивается с напряжением U_oc. Небаланс, равный:

?U = E_AB(t, t₀)+U_cd - U_oc, (2)

подается на усилитель У1. Выходной сигнал усилителя У1 создает ток I_вых, который поступает во внешнюю цепь R_н и далее - в усилитель обратной связи У Выходной ток I_ос усилителя У2 изменяется и изменяет падение напряжения U_oc на резисторе roc до тех пор, пока небаланс ?U не достигнет некоторой малой величины дU, называемой статической ошибкой компенсации.

Наличие статической ошибки компенсации приводит к тому, что в контуре измерения I проходит недокомпенсированный ток. При этом, чем больше измеряемая термоЭДС, тем больше этот ток.

Исключить эту ошибку в устройствах, выполненных по статической автокомпенсационной схеме, принципиально невозможно, так как выходной ток преобразователя I_вых и ток контура компенсации I_ос определяются наличием этой ошибки и пропорциональны ей. В то же время статическая ошибка автокомпенсационной схемы может быть значительно уменьшена, если использовать усилитель с большим коэффициентом усиления.

Рассмотрим математическую связь между измеряемой термоЭДС Е_АВ(t, t₀) и выходным током преобразователя I_вых.

На вход усилителя У1 поступает напряжение:

(3)

На выходе усилителей У1 и У2 формируются соответственно токи:

(4)

(5)

где k₁ и k₂ - коэффициенты усиления усилителей У1 и У2; R_вх сопротивление входной цепи усилителя У1,

Падение напряжения на резисторе R_oc составит:

(6)

Тогда, с учетом (3), (4) и (6) можно записать:

(7)

или

(8)

где k - коэффициент преобразования нормирующего преобразователя.

В зависимости от диапазона входного сигнала нормирующие преобразователи, работающие в комплекте с ТЭП, имеют классы точности 0,4 -1,5.

Нормирующий преобразователь ТСП

Схема нормирующего преобразователя, работающего в комплекте с термопреобразователем сопротивления, показана на рис. Этот преобразователь по схеме и принципу действия аналогичен нормирующему преобразователю, работающему в комплекте с термоэлектрическим преобразователем. Отличие указанных схем заключается в том, что вместо корректирующего моста используется измерительный неравновесный мост, в одно из плеч которого по трехпроводной схеме включен термо-преобразователь сопротивлений. Остальные сопротивления выполнены из манганина. Сопротивления R_л служат для подгонки сопротивления соединительных проводов к номинальному значению. К диагонали питания моста ab подведено стабилизированное напряжение постоянного тока. Выходной ток преобразователя I_вых пропорционален напряжению U_cd в измерительной диагонали моста.

Классы точности преобразователей 0,4-1,5.

Преобразователь измерительный ПТ-ТП-68

Предназначен для линейного преобразования термоЭДС термоэлектрических термометров типов ТХК, ТХА, ТПП соответствующих шкале МПТШ₆₈ в унифицированный выходной сигнал постоянного тока 0-5 мА.

Преобразователь может быть использован с любыми вторичными приборами и устройствами, рассчитанными на входной сигнал 0-5 мА, при условии, что их суммарное сопротивление с учетом сопротивления линии связи не превышает 3125 Ом.

Преобразователь имеет гальваническое разделение между входной и выходной цепями, что позволяет подключить к его выходу термопару с заземленным электродом. Преобразователь обладает хорошей защищенностью от наводок переменного напряжения во входной цепи, что устраняет необходимость экранировки цепей термопары. Время вхождения преобразователя в класс при изменении входного сигнала скачком от 0 до 100% или наоборот не более 2,5 с.

Преобразователь выполнен по схеме статической автокомпенсации (рис. 2).

ЛИТЕРАТУРА

1. Волынский В.А. и др. Электротехника /Б.А. Волынский, Е.Н. Зейн, В.Е. Шатерников: Учеб. пособие для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 2007. - 528 с., ил.

Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника: Учеб. пособие для вузов. - 4-е изд., перераб. - М.: Энергоатомиздат, 2009. - 440 с., ил.

3. Основы промышленной электроники: Учебник для неэлектротехн. спец. вузов /В.Г. Герасимов, О М. Князьков, А Е. Краснопольский, В.В. Сухоруков; под ред. В.Г. Герасимова. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 2006. - 336 с., ил.

4. Электротехника и электроника в 3-х кн. Под ред. В.Г. Герасимова Кн.1. Электрические и магнитные цепи. - М.: Высшая шк. - 2006 г.

5. Электротехника и электроника в 3-х кн. Под ред. В.Г. Герасимова Кн. Электромагнитные устройства и электрические машины. - М.: Высшая шк. - 2007 г.

Размещено на Allbest.ru