שיטה השוואתית עם מידה

בטכנולוגיית מדידה משתמשים לרוב בשיטה לשיפור הדיוק, המבוססת על השוואת ערך הכמות הנמדדת לערך הכמות המשוחזרת על ידי מידה מיוחדת. במקרה זה, האות השונה (הדיפרנציאלי) נמדד, ומכיוון שבדרך כלל יש במדידה שגיאה קטנה, מובטח דיוק מדידה גבוה.

שיטה זו היא הבסיס לפעולת מדידת גשרים ופוטנציומטרים.

בדרך כלל, הערך המשחזר על ידי המידה מותאם, ובתהליך המדידה, ערכו נקבע שווה בדיוק לערך הערך הנמדד.

בעת מדידת גשרים משתמשים בהתנגדויות כמדד כזה - rheochords, בעזרתם מאוזנת ההתנגדות של המתמר התרמי, המשתנה כאשר הטמפרטורה של האובייקט משתנה.

מקור מתח יציב עם פלט מוסדר משמש בדרך כלל למדידת פוטנציומטרים. במהלך המדידות, באמצעות המתח של מקור כזה, ה-EMF שנוצר על ידי החיישן מפוצה. במקרה זה, שיטת מדידה זו נקראת פיצוי.

בשני המקרים, המשימה של המכשירים (ההתקנים) הבאים היא רק לרשום את עובדת השוויון של הערך הנמדד והמידה, ולכן הדרישות עבורם מופחתות באופן משמעותי.

קביעת טמפרטורה על ידי מדידת גשרים

כדוגמה, שקול את עקרון הפעולה של גשר המדידה במצב ידני.

איור 1a מציג מעגל גשר למדידת הטמפרטורה Θ של אובייקט מסוים כדי לשלוט ב-OR (או למדוד OI). הבסיס של מעגל כזה הוא מעגל סגור של ארבעה נגדים RTC, Rp, Rl, R2, היוצרים את מה שנקרא זרועות הגשר. נקודות החיבור של נגדים אלו נקראות קודקודים (a, b, c, d), והקווים המחברים קודקודים מנוגדים (a-b, c-d) נקראים אלכסוני הגשר. אחד האלכסונים (c-d, איור 1.a) מסופק עם מתח אספקה, השני (a-b) הוא מדידה או פלט. מעגל כזה נקרא גשר, שנותן את השם לכל מכשיר המדידה.

הנגד RTC הוא מתמר ראשוני למדידת טמפרטורה (תרמיסטור) הממוקם בסמיכות לאובייקט המדידה (לעיתים קרובות בתוכו) ומחובר למעגל המדידה באמצעות חוטים באורך של עד מספר מטרים.

הדרישה העיקרית לממיר תרמי כזה היא התלות הליניארית של ההתנגדות הפעילה שלו RTC בטמפרטורה בטווח המדידה הנדרש:

כאשר R0 היא ההתנגדות הנומינלית של הממיר התרמי בטמפרטורה Θ0 (בדרך כלל Θ0 = 20 מעלות צלזיוס):

α - מקדם טמפרטורה בהתאם לחומר של הממיר התרמי.

התרמיסטורים המתכתיים הנפוצים ביותר TCM (נחושת) ו-TSP (פלטינה), נקראים לפעמים תרמיסטורי מתכת (MTP).

הנגד המשתנה Rp הוא ה-rheochord (מדידה) בעל דיוק גבוה שנדון לעיל ומשמש לאיזון המשתנה RTC. נגדים R1 ו-R2 משלימים את מעגל הגשר. במקרה של שוויון ההתנגדויות שלהם R1 = R2, מעגל הגשר נקרא סימטרי.

בנוסף, איור. 1.a מציג התקן אפס (NP) לקיבוע האיזון של הגשר וחץ עם סולם מדורג במעלות צלזיוס.

אורז. 1. מדידת טמפרטורה על ידי מדידת גשרים: א) במצב ידני; ב) במצב אוטומטי

מהנדסת החשמל ידוע כי התנאי לאיזון (שיווי משקל) של הגשר מתממש כאשר מכפלת ההתנגדויות של הזרועות הנגדיות של הגשר שווה, כלומר תוך התחשבות בהתנגדות של החוטים המחברים את החיישן:

כאשר Rp = Rp1 + Rp2 הוא סכום התנגדויות החוט; או עבור גשר סימטרי (R1 = R2)

במקרה זה, אין מתח באלכסון המדידה ומכשיר האפס מציין אפס.

כאשר הטמפרטורה Θ של האובייקט משתנה, ההתנגדות של חיישן ה-RTC משתנה, האיזון מופר, ויש להחזירו על ידי הזזת המחוון של חוט ההזזה.

במקרה זה, יחד עם המחוון, החץ ינוע לאורך הסולם (הקווים המקווקוים באיור 1.a מציינים את החיבור המכני בין המחוון לחץ).

קריאות נעשות רק ברגעי שיווי משקל, וזו הסיבה שמעגלים והתקנים כאלה נקראים לעתים קרובות גשרי מדידה מאוזנים.

החיסרון העיקרי של מעגל המדידה המוצג באיור. 1.a, היא נוכחות של שגיאה הנגרמת על ידי ההתנגדות של החוטים Rp, שיכולה להשתנות בהתאם לטמפרטורת הסביבה.

ניתן לבטל שגיאה זו על ידי שימוש בשיטת שלושה חוטים לחיבור החיישן (ראה איור 1.ב).

המהות שלו טמונה בעובדה שבעזרת החוט השלישי, "c" העליון של אלכסון האספקה ​​מועבר ישירות להתנגדות התרמית, ושני החוטים הנותרים Rп1 ו- Rп2 נמצאים בזרועות סמוכות שונות, כלומר. מצב האיזון של גשר סימטרי משתנה באופן הבא:

לפיכך, כדי לבטל לחלוטין את השגיאה, די להשתמש באותם חוטים (Rp1 = Rp2) בעת חיבור החיישן למעגל הגשר.

מערכת בקרת טמפרטורה אוטומטית

כדי ליישם את מצב המדידה האוטומטית (איור 1b), זה מספיק לחבר מגבר רגיש לפאזה (U) ומנוע הפיך (RD) עם תיבת הילוכים לאלכסון המדידה במקום מכשיר אפס.

בהתאם לאופי השינוי בטמפרטורה של האובייקט, נתיב המונית יזיז את מחוון ה-RP בכיוון זה או אחר עד ליצירת איזון. המתח על פני האלכסון a-b ייעלם והמנוע יפסיק.

בנוסף, המנוע יזיז את מצביע המחוון ואת המקליט (PU) במידת הצורך כדי לרשום את הקריאות על פס התרשים (DL). הסרגל הגרפי מונע במהירות קבועה על ידי מנוע סינכרוני (SM).

מנקודת המבט של תורת הבקרה האוטומטית, מתקן מדידה זה הוא מערכת של בקרה אוטומטית (SAK) טמפרטורה ושייך למעמד של מערכות סרוו עם משוב שלילי.

פונקציית המשוב מתבצעת על ידי חיבור מכני של פיר המנוע RD לרשומה Rp. נקודת ההגדרה היא הצמד התרמי TC. במקרה זה, מעגל הגשר מבצע שתי פונקציות:

1. השוואת מכשיר

2.ממיר (ΔR ל-ΔU).

המתח ΔU הוא אות שגיאה

מנוע ההיפוך הוא אלמנט מנהלי, וערך הפלט הוא התנועה של חץ 1 (או יחידת הקלטה), שכן מטרת כל SAC היא לספק מידע על הערך הנשלט בצורה נוחה לתפיסה אנושית.

המעגל בפועל של גשר המדידה KSM4 (איור 2) הוא מעט יותר מסובך מזה שמוצג באיור. 1.ב.

הנגד R1 הוא רקורד - חוט בעל התנגדות חשמלית גבוהה שנלפף על חוט מבודד. המנוע הנעים מחליק על חוט ההחלקה ועל פני אוטובוס נחושת במקביל לחוט ההחלקה.

על מנת להפחית את השפעת התנגדות המגע החולפת של המנוע על דיוק המדידה, שני חלקים של חוט ההזזה, המופרדים מהמנוע, כלולים בזרועות שונות של הגשר.

מטרת הנגדים הנותרים:

• R2, R5, R6 — תמרון, כדי לשנות את גבולות המדידה או טווח קנה המידה,

• R3, R4 — כדי להגדיר (לבחור) את הטמפרטורה בתחילת הסולם,

• R7, R9, P10 - השלם את מעגל הגשר;

• R15 - כדי להתאים את השוויון של ההתנגדויות של החוטים Rп על זרועות שונות של הגשר,

• R8 - להגביל את זרם התרמיסטור;

• R60 — להגבלת זרם הכניסה של המגבר.

כל הנגדים עשויים מחוטי מנגנין.

הגשר מופעל על ידי מתח חילופין (6.3 V) מפיתול מיוחד של שנאי הרשת.

מגבר (U) - AC רגיש לפאזה.

מנוע המנהלים הפיך (RD) הוא מנוע אינדוקציה דו-פאזי עם תיבת הילוכים מובנית.

אורז. 2. סכמטי של מכשיר KSM4 במצב מדידת טמפרטורה חד ערוצית.