ölçü ile karşılaştırmalı yöntem

Ölçüm teknolojisinde, genellikle doğruluğu artırmak için, ölçülen miktarın değeri ile özel bir ölçü tarafından üretilen miktarın değeri ile karşılaştırılmasına dayanan bir yöntem kullanılır. Bu durumda farklı (diferansiyel) sinyal ölçülür ve ölçüm genellikle küçük bir hataya sahip olduğundan, yüksek ölçüm doğruluğu sağlanır.

Bu yöntem, ölçüm köprülerinin ve potansiyometrelerin çalışmasının temelidir.

Genellikle ölçüm tarafından üretilen değer ayarlanır ve ölçüm sürecinde değeri tam olarak ölçülen değerin değerine eşitlenir.

Köprüleri ölçerken, dirençler böyle bir ölçü olarak kullanılır - termal dönüştürücünün direncinin dengelendiği, nesnenin sıcaklığı değiştiğinde değişen reokordlar.

Potansiyometrelerin ölçülmesinde genellikle düzenlenmiş bir çıkışa sahip kararlı bir voltaj kaynağı kullanılır. Ölçümler sırasında, böyle bir kaynağın voltajı kullanılarak sensör tarafından üretilen EMF dengelenir. Bu durumda, bu ölçüm yöntemine kompanzasyon denir.

Her iki durumda da, aşağıdaki cihazların (cihazların) görevi yalnızca ölçülen değerin ve ölçümün eşitliği gerçeğini kaydetmektir, bu nedenle onlar için gereksinimler önemli ölçüde azalır.

Köprüleri ölçerek sıcaklığın belirlenmesi

Örnek olarak, ölçüm köprüsünün manuel modda çalışma prensibini ele alalım.

Şekil 1a, OR'yi kontrol etmek (veya OI'yi ölçmek) için belirli bir nesnenin sıcaklığını Θ ölçmek için bir köprü devresini gösterir. Böyle bir devrenin temeli, sözde köprü kollarını oluşturan dört direnç RTC, Rp, Rl, R2'den oluşan kapalı bir devredir. Bu dirençlerin bağlantı noktalarına köşeler (a, b, c, d) ve zıt köşeleri birleştiren çizgilere (a-b, c-d) köprünün köşegenleri denir. Köşegenlerden biri (c-d, Şekil 1.a) besleme gerilimi ile beslenir, diğeri (a-b) ölçü veya çıkış verir. Böyle bir devreye, tüm ölçüm cihazının adını veren köprü denir.

RTC direnci, ölçüm nesnesinin yakınına (genellikle onun içinde) yerleştirilen ve birkaç metre uzunluğa kadar kablolar kullanılarak ölçüm devresine bağlanan birincil sıcaklık ölçüm dönüştürücüsüdür (termistör).

Böyle bir termal dönüştürücü için temel gereklilik, aktif direnci RTC'nin gerekli ölçüm aralığındaki sıcaklığa doğrusal bağımlılığıdır:

R0, termal dönüştürücünün Θ0 sıcaklığında (genellikle Θ0 = 20 ° C) nominal direncidir:

α - termal dönüştürücünün malzemesine bağlı olarak sıcaklık katsayısı.

En sık kullanılan metal termistörler TCM (bakır) ve TSP (platin), bazen metal termistörler (MTP) olarak adlandırılır.

Değişken direnç Rp, yukarıda tartışılan yüksek hassasiyetli reokorddur (ölçüm) ve değişken RTC'yi dengelemeye yarar. R1 ve R2 dirençleri köprü devresini tamamlar. Dirençlerinin eşitliği durumunda R1 = R2, köprü devresine simetrik denir.

Ek olarak, ŞEK. Şekil 1.a, köprünün dengesini sabitlemek için boş bir cihazı (NP) ve Santigrat derece olarak derecelendirilmiş bir skalaya sahip bir oku göstermektedir.

Pirinç. 1. Köprüleri ölçerek sıcaklık ölçümü: a) manuel modda; b) otomatik modda

Elektrik mühendisliğinden, köprünün denge (denge) koşulunun, köprünün zıt kollarının dirençlerinin çarpımı eşit olduğunda, yani sensörü bağlayan tellerin direnci dikkate alındığında gerçekleştiği bilinmektedir:

burada Rp = Rp1 + Rp2, tel dirençlerinin toplamıdır; veya simetrik köprü için (R1 = R2)

Bu durumda ölçüm diyagonalinde gerilim yoktur ve sıfır cihazı sıfırı gösterir.

Nesnenin sıcaklığı Θ değiştiğinde, RTC sensörünün direnci değişir, denge bozulur ve kayan telin sürgüsünü hareket ettirerek eski haline getirilmesi gerekir.

Bu durumda ok sürgü ile birlikte skala boyunca hareket edecektir (Şekil 1.a'daki noktalı çizgiler sürgü ile ok arasındaki mekanik bağlantıyı göstermektedir).

Okumalar yalnızca denge anlarında yapılır, bu nedenle bu tür devrelere ve cihazlara genellikle dengeli ölçüm köprüleri denir.

Şekil l'de gösterilen ölçüm devresinin ana dezavantajı. 1.a, ortam sıcaklığına bağlı olarak değişebilen Rp tellerinin direncinden kaynaklanan bir hatanın varlığıdır.

Bu hata, sensörü bağlamak için üç telli bir yöntem kullanılarak ortadan kaldırılabilir (bkz. Şekil 1.b).

Özü, üçüncü telin yardımıyla, besleme diyagonalinin üst "c" sinin doğrudan termal dirence taşınması ve kalan iki telin Rp1 ve Rp2'nin farklı bitişik kollarda olması gerçeğinde yatmaktadır. simetrik bir köprünün denge durumu aşağıdaki gibi dönüştürülür:

Böylece hatayı tamamen ortadan kaldırmak için sensörü köprü devresine bağlarken aynı kabloları (Rp1=Rp2) kullanmak yeterlidir.

Otomatik sıcaklık kontrol sistemi

Otomatik ölçüm modunu (Şekil 1b) uygulamak için, faza duyarlı bir amplifikatör (U) ve bir sıfır cihazı yerine ölçüm köşegenine bir dişli kutusu ile ters çevrilebilir bir motor (RD) bağlamak yeterlidir.

Nesnenin sıcaklık değişiminin doğasına bağlı olarak taksi yolu, denge sağlanana kadar RP sürgüsünü bir yönde veya diğer yönde hareket ettirecektir. a-b diyagonalindeki voltaj kaybolacak ve motor duracaktır.

Ek olarak motor, okumaları grafik şeridine (DL) kaydetmek için gerekirse gösterge ibresini ve kaydediciyi (PU) hareket ettirecektir. Grafik çubuğu, bir senkron motor (SM) tarafından sabit bir hızda sürülür.

Otomatik kontrol teorisi açısından, bu ölçüm tesisi bir otomatik kontrol (SAK) sıcaklık sistemidir ve negatif geri beslemeli servo sistemler sınıfına aittir.

Geri besleme işlevi, motor mili RD'yi Rp kaydına mekanik olarak bağlayarak gerçekleştirilir. Ayar noktası TC termokupludur. Bu durumda, köprü devresi iki işlevi yerine getirir:

1. karşılaştırma cihazı

2.dönüştürücü (ΔR - ΔU).

ΔU voltajı bir hata sinyalidir

Tersine çevirme motoru bir yürütme elemanıdır ve çıkış değeri 1 okun (veya kayıt biriminin) hareketidir, çünkü her SAC'nin amacı kontrol edilen değer hakkında insan algısına uygun bir biçimde bilgi sağlamaktır.

KSM4 ölçüm köprüsünün gerçek devresi (Şekil 2), Şekil 1'de gösterilenden biraz daha karmaşıktır. 1.b.

Direnç R1 bir kayıttır - yalıtılmış bir tel üzerine sarılmış yüksek elektrik direncine sahip bir tel. Hareket edebilen motor, kayar tel üzerinde ve kayar tele paralel bir bakır bara boyunca kayar.

Motorun geçici temas direncinin ölçümün doğruluğu üzerindeki etkisini azaltmak için, kayan telin motordan ayrılmış iki parçası köprünün farklı kollarına dahil edilmiştir.

Kalan dirençlerin amacı:

• R2, R5, R6 — manevra, ölçüm limitlerini veya ölçek aralığını değiştirmek için,

• R3, R4 — ölçeğin başlangıcındaki sıcaklığı ayarlamak (seçmek),

• R7, R9, P10 — köprü devresini tamamlayın;

• R15 — köprünün farklı kollarındaki Rp tellerinin dirençlerinin eşitliğini ayarlamak için,

• R8 — termistör akımını sınırlamak için;

• R60 — amplifikatörün giriş akımını sınırlamak için.

Tüm dirençler manganin telinden yapılmıştır.

Köprü, şebeke trafosunun özel bir sargısından gelen alternatif voltajla (6,3 V) beslenir.

Amplifikatör (U) — faza duyarlı AC.

Yürütücü tersinir motor (RD), yerleşik dişli kutusuna sahip iki fazlı bir endüksiyon motorudur.

Pirinç. 2. Tek kanallı sıcaklık ölçüm modunda KSM4 cihazının şeması.