Уравновешивающие мосты

Уравновешивающие мосты

Содержание.

1. Автоматические мосты для измерения температуры

2. Медные термометры сопротивления ТСМ

2.1 Назначение

2.2 Технические данные

2.3 Принцип действия и устройство

3. Мосты с искробезопасной измерительной схемой КСМ3-ПИ1000

3.1 Назначение

3.2 Технические данные

3.3 Устройство и принцип работы

3.3.1 Электрическая функциональная схема автоматического уравновешенного моста .

3.3.2 Схема электрическая принципиальная уравновешивающего моста

3.3.3 Обеспечение искробезопасности

3.4 Конструкция прибора

3.4.1 Усилитель

3.4.2 Реверсивный электродвигатель .

3.4.3 Измерительный блок

3.4.4 Привод диаграммного диска

3.4.5 Устройство записи

3.5 Порядок установки .

4. Усилитель У2-01-01

4.1 Устройство

4.2 Усилитель предварительный (УП) Б-13.611.63-02

4.3 Усилитель оконечный (УО) Б-13.611.65-01

1. Автоматические мосты для измерения температуры.

Уравновешенные автоматические мосты предназначены для измерения, записи и регулирования электрических и неэлектрических величин, связанных функциональной зависимостью с активным сопротивлением.

Широко распространены автоматические мосты для измерения и записи температуры, работающие в комплекте с терморезистором.

В автоматических уравновешенных мостах используется четырехплечная мостовая схема.

К основным свойствам автоматического уравновешенного моста, относятся: высокая чувствительность; компенсация влияния температурных изменений сопротивлений соединительных проводов, возможность расширения пределов измерения шунтированием реохорда сопротивлением (без потери линейности шкалы).

1. Чувствительность автоматического уравновешенного моста

, (1)

?Uм - напряжение на выходе измерительной схемы моста при изменении температуры на ?t0; tп - предел измерения по температуре (tп=tmax-tmin); г - относительная приведенная погрешность измерений.

Уравнение шкалы автоматического моста можно получить на основании условий равновесия мостовой схемы для двух случаев (для упрощения рассматриваем измерительную схему автоматического моста без сопротивлений Rш и Rп): t=tmin и t=tmin+Дt, т.е. Rt=Rtmin (движок реохорда в точке 2) и Rt=Rtmin+ДRt= Rtmin+ вtRtmin Дt , где вt - температурный коэфициент сопротивления материала термометра.

Определим эти условия:

(Rtmin+Rл+R1+Rрп)•R4=R2•(R3+Rл), (2)

(Rtmin+ ДRt+Rл+Rрп - Rр)•R4=(R2+Rр)•(R3+Rл). (3)

Вычитая из уравнения (3) уравнение (2), получаем следующее выражение:

(ДRt - Rр)•R4=Rр•(R3+Rл).

отсюда

Rр=ДRt•R4/(R3+R4+Rл)=вt•Rtmin•R4?Дt/(R3+R4+Rл). (4)

Уравнение шкалы прибора можно записать в таком виде:

l=lп•Rр/Rрп=(lп/Rрп)?(вt•Rtmin•R4/( R3+R4+Rл))?Дt=c?Дt; (5)

с?(lп/Rрп)?(вt•Rtmin•R4/( R3+R4+Rл)), где lп - полная длина реохорда.

Полученное выражение (5) свидетельствует о том, что шкала прибора линейна. Изменение сопротивления соединительных проводов (ДRл), которое может быть вызвано изменением температуры окружающей среды, не оказывает существенного влияния на показания прибора благодаря трехпроводной схеме включения терморезистора. Покажем это.

Равновесное состояние схемы для некоторого сопротивления терморезисторов Rt и сопротивления линии Rл определяется соотношением

(Rt+Rл+R1+Rрп - Rр)•R4=(R2+Rр)•(R3+Rл). (6)

если предположить, что сопротивление соединительных проводов изменилось на ДRл, то показания автоматического моста останутся неизменными, если будет выполняться условие

(Rt+Rл+ДRл+R1+Rрп - Rр)•R4=(R2+Rр)•(R3+Rл+ДRл). (7)

вычитая из (7) выражение (6), получим

ДRл•R4=(R2+Rр)?ДRл, т.е. R4=R2+Rр. (8)

В процессе измерений Rр изменяется, поэтому полная компенсация влияния ДRл возможна для одной точки шкалы, для которой выполняется условие (8). Целесообразно выполнение этого условия для середины шкалы. Тогда погрешность, вызванная изменениями сопротивлений соединительных проводов, для всей шкалы прибора незначительна.

В этом случае выбор сопротивления определяется соотношением

R4=R2+Rрп/2. (9)

При градуировке сопротивление каждого из соединительных проводов предполагается равным 2.5 Ом. Для их подгонки до расчетного значения служат специальные уравнительные катушки.

Автоматические мосты, имеют уменьшенное влияние внешних наводок (третий соединительный провод входит в диагональ источника питания, а не в усилитель).

Самонагрев термометра устраняется соответствующим выбором Rогр (для устранения погрешности от самонагрева ток в термометре не должен превышать 7 - 8 мА). Нестабильность переходного сопротивления контакта движка реохорда не вносит погрешности в измерения, так как оно включено последовательно с большим по величине входным сопротивлением усилителя. Термо- и контактная ЭДС устраняются при питании схемы моста переменным напряжением.

2. Медные термометры сопротивления ТСМ.

2.1. Назначение.

2.1.1. Термометры сопротивления ТСМ предназначены для измерения температуры жидких и газообразных сред в промышленных условиях.

2.1.2. Термометры сопротивления работают в комплекте с логометрами или автоматическими мостами.

2.2. Технические данные.

Температурные пределы измерения от -50 до +1000С.

Градуировка: гр. 23.

Конструкция головки: для ТСМ-Х, ТСМ-XII и ТСМ-XIV обыкновенная; ТСМ-XI - без головки с кабельным выводом марки СРГ; ТСМ-239 - с брызгонепроницаемым штепсельным разъемом и проводом РПШЭ.

Устойчивость к механическим воздействиям: для ТСМ-Х, ТСМ-XII, ТСМ-XIV и ТСМ-XI - обыкновенная, для ТСМ-239 - вибротряскоустойчивые и ударопрочные.

Инерционность термометров сопротивления большая.

Термометры с неподвижным штуцером, ТСМ-XIV - с подвижным штуцером.

2.3. Принцип действия и устройство.

Принцип действия основан на свойстве металлов увеличивать свое электрическое сопротивление при повышении температуры.

Чувствительный элемент медных термометров сопротивления состоит из медной изолированной проволоки марки ПЭВ-2 диаметром 0.11 мм, намотанной в 7 - 8 слоев на цилиндрический пластмассовый каркас, который вставляется в латунную трубку. К каждому концу чувствительного элемента припаян вывод из медной проволоки марки ПЭВ-2, диаметром 0.80 мм. Выводы изолированы друг от друга и наружной арматуры фарфоровыми изоляторами или полихлорвиниловой трубкой. В термометрах типа ТСМ-Х и ТСМ-XIV выводы крепятся к зажимам пластмассовой колодки. К выводам термометра ТСМ-XI припаивается кабель марки СРГ. Выводы термометра ТСМ-XII крепятся к зажимам пластмассового корпуса, который закрывается крышкой. В корпус ввинчена защитная арматура открытого типа.

Чувствительные элементы с колодками термометров типа ТСМ-Х, ТСМ-XIV помещены в защитную арматуру с головкой. Колодка крепится к головке при помощи скобы. Головка закрывается металлической крышкой. Чувствительный элемент с кабелем СРГ термометра ТСМ-XI вставляется в защитную арматуру со штуцером. На кабель надевается уплотнительный карболитовый штуцер, который ввертывается в металлический штуцер защитной арматуры.

3. Мосты с искробезопасной измерительной схемой КСМ3-ПИ1000.

3.1. Назначение.

КСМ3-ПИ представляет собой стационарный одноточечный показывающий и регистрирующий прибор с записью на диаграммном диске.

Автоматический уравновешивающий мост предназначен для контроля и записи температуры или других величин, изменения значений которых могут быть преобразованы в изменение активного сопротивления.

Прибор КСМ3-ПИ с искробезопасной измерительной цепью. Он работает в комплекте с серийно выпускаемым первичным преобразователем, не имеющим собственного источника тока и не обладающим индуктивностью или емкостью. Прибор выполнен так, что аварийные режимы, возникающие в них в результате короткого замыкания, обрыва или выхода из строя какого-либо элемента и т.п., не могут вызвать искру в цепи первичного преобразователя, способную воспламенить взрывоопасную смесь, в которой установлен датчик (термопреобразователь сопротивления).

Серийно выпускаемые датчики, которые не имеют собственного источника тока, а также не обладают индуктивностью или емкостью и работают в комплекте с прибором, можно устанавливать в помещениях всех классов, согласно классификации ПУЭ, содержащих взрывоопасные концентрации смесей 1, 2, 3 и 4-й категории, групп Т1, Т2, Т3, Т4, Т5 согласно классификации ПИВРЭ. На установках класса В-1Г нужно использовать датчики, удовлетворяющие всем вышеперечисленным требованиям и предназначенные для работы на открытом воздухе.

При этом сам прибор нужно устанавливать только вне взрывоопасных помещений.

Прибор предназначен для эксплуатации при температуре окружающего воздуха от плюс 5 до плюс 50-0С и верхнем значении относительной влажности 80% при температуре 35-0С и более низких температурах без конденсации влаги.

Окружающий воздух не должен содержать вредных примесей, вызывающих коррозию, и механических включений (особенно токопроводящих), которые могут повлиять на работу прибора.

3.2. Технические данные.

Предел допускаемой основной приведенной погрешности показаний приборов на всех отметках шкалы при температуре окружающего воздуха 200С не превышает 0.5% от нормирующего значения измеряемой величины. За нормирующее значение принимается разность оконечных значений диапазона измерения.

Вариация прибора не должна превышать абсолютного значения предела погрешности по показаниям.

Прибор имеет контроль исправности. При переключении прибора в положение «контроль» указатель устанавливается напротив контрольной отметки с погрешностью 3 мм.

Время прохождения указателем всей шкалы 16 с.

Допускаемая величина выброса пишущего устройства не должна превышать 1.5% от нормирующего значения измеряемой величины.

Характер успокоения прибора должен быть таким, чтобы указатель устанавливался не более чем после трех полуколебаний.

Изоляция электрических цепей прибора относительно корпуса и цепей между собой в нормальных условиях должна выдерживать в течение одной минуты испытательное напряжение переменного тока практически синусоидальной формы частотой 50 Гц, указанное в таблице.

Циферблат прибора круглый, белого цвета.

Длина шкалы 0.6 м.

Диск диаграммный с наружным диаметром 250 мм с длиной отсчетной дуги 95 мм. Привод диаграммы от синхронного электродвигателя.

Время одного оборота диаграммы 24 ч.

Питание силовой цепи прибора 220 В, 50 Гц. Потребляемая мощность прибора не превышает 40 ВА.

Измерительная цепь питается от обмотки силового трансформатора усилителя.

При изменении напряжения питания силовой электрической цепи прибора на плюс 10% и минус 15% от номинального значения изменение показаний не превышает половины абсолютного значения предела допускаемой основной приведенной погрешности.

Изменение показаний прибора, вызванное изменением температуры окружающего воздуха от 200С до любой температуры в пределах от 5 до 500С, на каждые 100С не должно превышать 0.3% от нормирующего значения измеряемой величины. Изменение показаний приборов, вызванное влиянием внешнего магнитного поля напряженностью 400 А/м, образованного переменным током частотой 50 Гц, при самых неблагоприятных фазе и направленности поля, не должно превышать 1.0% от нормирующего значения измеряемой величины.Изменение показаний приборов, вызванное влиянием паразитного напряжения постоянного и переменного токов между любым измерительным зажимом и заземленным корпусом (продольная помеха), равного 100% диапазона измерения прибора и имеющего любой фазовый угол, не должно превышать половины предела основной допускаемой погрешности прибора.

Вариация показаний приборов при этом не должна превышать абсолютного значения предела основной допускаемой погрешности.

В уравновешенных мостах за диапазон измерения принимается произведение входного сопротивления на диапазон измерения тока датчика.

Заход указателя за крайние отметки шкалы должен быть не менее 1.0% от длины шкалы.Прибор имеет устройство длительной многосуточной записи. Ширина линии записи не должна превышать 0.8 мм.

Вероятность безотказной работы за 2000 часов - 0.82%; средний срок службы - 6 лет; ресурс прибора до среднего ремонта должен быть не менее 16000 часов. Под вероятностью безотказной работы понимается вероятность того, что в данном интервале времени или в пределах заданной наработки не возникает отказ изделия.

3.3. Устройство и принцип работы.

3.3.1 Электрическая функциональная схема автоматического уравновешенного моста.

Схема (рис. 1) представляет собой уравновешенный мост, состоящий из резисторов с постоянными сопротивлениями R1, R7,R8, сопротивления реохорда 1 с ползунком и сопротивления термопреобразователя Rt.

В одну из диагоналей моста через делитель подается напряжение 1.5 В (50 Гц), другая диагональ подключена к входу уравновешивающей системы, состоящей из усилителя 2 и электродвигателя 3. электродвигатель через редуктор 4 связан с ползунком реохорда, указателем и пером (последнее на схеме не показано). При изменении контролируемой температуры меняется сопротивление термопреобразователя, что выводит из равновесия мостовую цепь. Появляется напряжение рассогласования, которое усиливается усилителем и приводит во вращение электродвигатель. Вал электродвигателя связан с движком реохорда так, что перемещение ползунка по реохорду продолжается до положения, обеспечивающего уравновешивание мостовой цепи. Таким образом, положение ползунка и связанных с ним указателя и пера прибора однозначно определяет величину сопротивления термопреобразователя, и, следовательно, величину измеряемой температуры.

3.3.2 Схема электрическая принципиальная уравновешивающего моста.

Питание измерительной цепи (рис. 2) осуществляется напряжением 6.3 В переменного тока одной из обмоток усилителя.

Сопротивление резисторов R1,R2,R7,R8 мостовой цепи определяется расчетным путем для каждой градуировки и предела измерения прибора.

Данные резисторов измерительной цепи прибора КСМ3-ПИ.

Страницы: 1, 2