В. А. Никитин с. В. Бойко

ce
небаланса U  E_AB tt   U равен нулю. При сигнале U  0 на выходе
усилителя в соответствии с абсолютным значением и знаком небаланса формируется управляющий сигнал, при котором реверсивный двигатель РД
перемещает движок реохорда С до тех пор, пока U не станет равным нулю.
Одновременно с движком по шкале прибора перемещается указатель У.
Сведение к нулю небаланса U , т. е. достижение полного равенства
компенсирующего напряжения U_ce измеряемой термоЭДС E_AB(tt₀), реализуется благодаря тому, что система автокомпенсации является астатической. Свойство астатичности достигается из-за наличия в системе регулирования небаланса интегрирующего или астатического звена, в качестве которого выступает здесь реверсивный двигатель.
Разберем теперь, как осуществляется автоматическое введение поправки на температуру свободных концов термоэлектропреобразователя.
При некоторой температуре t рабочего спая и температуре свободных концов t₀ =0 имеет место равенство (14.79)

E_AB tt ₀   U _ce
 U _cb

• 
  U _bd
  

• 
  U _ED ,
  

(14.79)

t
Пусть при той же температуре рабочего спая t температура свободных

концов изменилась:
t ^  t
. Тогда термоЭДС ТЭП уменьшится на
^{E } ^{t  } ^и

0

t

0
AB _ 0 0 _

станет равной
^{E } ^tt

0
AB _
^{ } ^{ E}
0 _ AB
tt
  E
^ ^t
AB _
^{ }^{. Повышение температуры от t0 до}
0 0 _



M

t₀

t

0
^ приведет к увеличению значения сопротивления резисторы от R до

^M t₀
^{R }  ^{, т.е. на}
R_M
^{ R } 

• 
  R  . Вследствие этого падение напряжения на
  

^M t₀

^M t₀
этом резисторе увеличится на
U_ed
 I ₂ R_M , тогда получаем равенство (14.80)

^{E }^{tt  } ^{ E tt E
}^{t t } ^{U U}
U
U  U U ,


(14.80)

AB_ 0 _ AB 0
AB_ 0 0 _
cb bd
ed ed ce ed

Таким образом, при неизменной температуре рабочего спая t и любой

t

0
температуре свободных концов ^ для того, чтобы движок С не перемещался и

не изменялось показание прибора, т. е. Для того, чтобы небаланс U
нулю, необходимо обеспечить условие (14.81) /8/
равнялся

^{E } ^{t t } ^{ U}
AB _ 0 0 _ ed
 I ₂ R_M ,


(14.81)

^M t₀
Значение сопротивления медного резистора R 
при t=0 °С

M

0
определяют из (14.81), учитывая, что входящее сюда значение
R_M
равно

R_M
 R
^{ }^t


t_{0 }
^  t
^^{. Следовательно получим формулу (14.82) /8/}
0 _

R 
E ^_t
_ AB _
 _

t
0 0 _{ ,}

^M t₀
I ^_ t ^
2 _ 0
 t ^_
0 _
(14.82)

где — температурный коэффициент электрического сопротивления меди;
I = 2 мА;

0
t ^ — принимают равным 50 °С.
Выпускаемые промышленностью автоматические потенциометры, различаясь конструктивным исполнением, имеют практически одну и ту же типовую измерительную схему, подобную приведенной на рисунке 14.141.
При решении задач автоматического контроля и регулирования на практике оказывается необходимым с точки зрения увеличения точности измерения температуры конкретного объекта изменить стандартные пределы измерения на заданный диапазон. Значения сопротивления резисторов измерительной схемы для заданного диапазона можно получить из следующих соотношений.

t
Для заданных начального t_min и конечного t_max значений температуры по

t
шкале прибора для конкретного ТЭП из таблиц определяют
^EAB
max ^t0 ^{ и}

^EAB
min ^t0 ^.
Падение напряжения U_ab на сопротивлениях реохордной группы

равно диапазону измерения прибора, т. е. Падение напряжения можно вычислить по формуле (14.83) /8/

^U ab
 I₁ R _ПР
 E _AB t _MAX t ₀   E _AB t _MIN t₀ ,


(14.83)

Отсюда определяют значение R_ПР, принимая I₁=3 мА. Так как

_{R } R_Э R_П
, R 
R_P R_Ш



R

P

Ш
, R =130 Ом и R


=90 или 100 Ом,

R
ПР
Э

• 
  R_П
  

_{Э  R} P Э

По найденному значению R_ПР определяют R_П. Значение R_Y подбирают из условия (14.84) /8/

^E AB
^t MIN
t ₀  
^U be
 I ₁ R _H
 I ₂ R _M  ,


(14.84)

t

0

/


Из (14.84) следует (14.85) /8/

R _H 
^E AB
^t MIN
t ₀  
I ₂ R _M
t I ₁ ,


(14.85)

0
Значение резистора R_б определяется из условия постоянства тока



 ,
I₁=3мА, и определяется по формуле (14.86) /8/

1 б
I R

• 
  R_пр
  
• 
  R   U
  

 I ₂ R_K
 R_{M t}


(14.86)

H dk

1 H

0
откуда получаем (14.87) или (14.88)

2 K

б
R  I R

• 
  I₁ R_ПР
  

• 
  I R
  

^{ I R  / I} , (14.87)

R _б 
I ₂ R _K

• 
  I ₁ R _ПР
  
• 
  E _AB
  

^t MIN
t ₀ /
I _`1 ,



^{2 M} t₀ ¹
(14.88)

Автоматические потенциометры конструктивно, а также по дополнительно выполняемым функциям имеют ряд модификаций. Различают полногабаритные, малогабаритные и миниатюрные автоматические потенциометры с шириной диаграммной ленты 250, 160 и 100 мм. Автоматические потенциометры выпускают в виде показывающих и самопишущих, одно- и многоточечных. В них могут встраиваться регулирующие и сигнализирующие устройства, а также устройства для передачи показаний на расстояние с помощью токовых, частотных, пневматических и ферродинамических преобразователей.

В зависимости от модификации классы точности прибора равны 0,25; 0,5 и 1,0. Несмотря на различия в конструктивном исполнении приборов и в их

габаритных размерах измерительная схема автоматических потенциометров практически не отличается от схемы на вышеприведенном рисунке.

4. 
   Нормирующие преобразователи термоЭДС
   

Для введения информации от ТЭП в ЭВМ или в систему автоматического регулирования широко применяются нормирующие измерительные токовые преобразователи. Они предназначены для преобразования сигнала ТЭП в унифицированный сигнал постоянного тока 0 - 5 мА.

В основу работы нормирующего преобразователя положен компенсационный метод измерения термоЭДС с использованием схемы потенциометра с переменной силой рабочего тока. Схема преобразователя приведена на рисунке 14.142 Здесь / — контур измерения; // — контур компенсации. Контур / содержит корректирующий мост К.М, усилитель У₁ с токовым выходом I_ВЫХ и резистор R_КН. К контуру / с помощью удлинительных проводов F и D подсоединен ТЭП AВ. Корректирующий мост предназначен для введения автоматической поправки на изменение температуры свободного конца ТЭП, а также компенсации начальной термоЭДС в преобразователях, нижний предел измерения которых не равен 0 °С. К диагонали аb питания моста подведено стабилизированное напряжение постоянного тока. Резисторы R₁, R₂ и R₃ —манганиновые, резистор R_M — из медного провода. 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_KH и усилитель обратной связи У₂. Этот усилитель аналогичен усилителю У₁, но включен с глубокой отрицательной связью по выходному току усилителя. Выходной ток I_OC усилителя У₂ является рабочим током контура // и при прохождении этого тока по сопротивлению R_KH на нем со стороны контура // создается

компенсирующее напряжение
^U KH
 I _OC R_KH . Со стороны контура / к резистору

R_ab подводится сигнал термоэлектропреобразователя
^{E } ^tt
AB _
^{ } ^{, сложенный с}
0 _

напряжением U_cd, создаваемым в измерительной диагонали сd

t
корректирующего моста КМ. Это напряжение, как указывалось, равно поправке

на температуру свободных концов ТЭП, т. е.
^U cd
^{ E } ^t
AB _
^{ }^{. Таким образом,}
0 0 _

этот суммарный сигнал, равный

^EAB
tt
  E
tt
  E
^ ^tt
AB _
^{ } ^{ U}

  U
0 _ cd
, сравнивается с напряжением U_KH. Небаланс,

0

AB

0
равный
U  E_AB
tt
0 KH ^,
подается на усилитель У₁, где этот сигнал

постоянного тока U
преобразуется сперва в магнитном усилителе УМ в

сигнал переменного тока, затем усиливается и опять преобразуется в сигнал

постоянного тока, который дополнительно усиливается в полупроводниковом усилителе УП постоянного тока. Выходной сигнал усилителя У₁ создает ток I_ВЫХ, который поступает во внешнюю цепь R_ВН и далее через делитель — в усилитель обратной связи У₂. Выходной ток I_OC усилителя У₂ изменяется и изменяет падение напряжения U_KH на резисторе R_KH до тех пор, пока небаланс
U не достигнет некоторой малой величины U , называемой статической
ошибкой компенсации.

Рисунок 14.142 - Схема нормирующего токового преобразователя, работающего в комплекте с термоэлектрическим преобразователем

Наличие статической ошибки компенсации приводит к тому, что в контуре измерения / 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_OC определяются наличием этой ошибки и пропорциональны ей. В то же время статическая ошибка автоксмпенсационной схемы может быть значительно уменьшена, если использовать усилитель с большим коэффициентом усиления.
Рассмотрим теперь математическую связь между измеряемой термоЭДС

^EAB
tt
 и выходным током преобразователя I_ВЫХ. В соответствии со сказанным

0
выше, связь показывается равенством (14.89) /8/

AB 0 KH
U  E tt   U ,
(14.89)

На выходах усилителей У₁ и У₂ формируются сигналы, для которых справедливы равенства (14.90), (14.91) /8/

^I ВЫХ
 k₁ I _ВХ
 k₁
U _,

R

(14.90)

^I OC
ВХ

 k ₂ I _ВЫХ ,

(14.91)

где k₁ и k₂ — коэффициенты усиления усилителей У₁ и У₂;

^I BX
 U / R_BX —ток, создаваемый во входной цепи усилителя

/8/
сигналом ;
R_BX — сопротивление входной цепи усилителя У₁.
Падение напряжения (14.92) на резисторе R_KH с учетом (14.91) составит

^U KH
 I _OC
^R KH
^{ k} 2 ^I ВЫХ
R _KH ,
(14.92)

Подставляя в выражение (14.89) U
находим I_вых по формуле (14.93) /8/
из (14.90) и U_KH из (14.92),

ВЫХ AB 0
I  kE tt ,


(14.93)

где
k 
^RBX
1

1

2
/ k₁  k ₂ R_KH
- коэффициент преобразования нормирующего

преобразователя (при
k  , k  1/k
^RKH
).

Таким образом, выходной токовый сигнал нормирующего преобразователя пропорционален откорректированному по температуре свободного спая сигналу ТЭП.
В зависимости от диапазона входного сигнала нормирующие преобразователи, работающие в комплекте с ТЭП, имеют классы точности 0,6—1,5.

3.