Método comparativo com medida

Na tecnologia de medição, um método é frequentemente usado para melhorar a precisão, baseado na comparação do valor da quantidade medida com o valor da quantidade reproduzida por uma medida especial. Nesse caso, o sinal diferente (diferencial) é medido e, como a medição geralmente apresenta um pequeno erro, a alta precisão da medição é garantida.

Este método é a base da operação de medição de pontes e potenciômetros.

Normalmente, o valor reproduzido pela medida é ajustado e, no processo de medição, seu valor é definido exatamente igual ao valor do valor medido.

Ao medir pontes, as resistências são usadas como tal medida - reocórdios, com a ajuda dos quais a resistência do transdutor térmico é equilibrada, que muda quando a temperatura do objeto muda.

Uma fonte de tensão estável com uma saída regulada é geralmente usada em potenciômetros de medição. No decorrer das medições, usando a tensão de tal fonte, o EMF gerado pelo sensor é compensado. Nesse caso, esse método de medição é chamado de compensação.

Em ambos os casos, a tarefa dos seguintes dispositivos (dispositivos) é apenas registrar o fato da igualdade do valor medido e da medida, portanto, os requisitos para eles são significativamente reduzidos.

Determinação de temperatura por pontes de medição

Como exemplo, considere o princípio de operação da ponte de medição no modo manual.

A Figura 1a mostra um circuito de ponte para medir a temperatura Θ de um determinado objeto para controlar OR (ou medir OI). A base de tal circuito é um circuito fechado de quatro resistores RTC, Rp, Rl, R2, formando os chamados braços da ponte. Os pontos de conexão desses resistores são chamados de vértices (a, b, c, d) e as linhas que conectam os vértices opostos (a-b, c-d) são chamadas de diagonais da ponte. Uma das diagonais (c-d, Fig. 1.a) é fornecida com tensão de alimentação, a outra (a-b) é medida ou saída. Esse circuito é chamado de ponte, que dá nome a todo o dispositivo de medição.

O resistor RTC é um transdutor primário de medição de temperatura (termistor) localizado próximo ao objeto de medição (geralmente dentro dele) e conectado ao circuito de medição usando fios de até vários metros de comprimento.

O principal requisito para tal conversor térmico é a dependência linear de sua resistência ativa RTC na temperatura na faixa de medição necessária:

onde R0 é a resistência nominal do conversor térmico na temperatura Θ0 (geralmente Θ0 = 20 ° C):

α — coeficiente de temperatura dependendo do material do conversor térmico.

Os termistores de metal mais comumente usados, TCM (cobre) e TSP (platina), às vezes são chamados de termistores de metal (MTP).

O resistor variável Rp é o reocórdio de alta precisão (medição) discutido acima e serve para equilibrar o RTC variável. Os resistores R1 e R2 completam o circuito da ponte. Em caso de igualdade de suas resistências R1 = R2, o circuito da ponte é chamado de simétrico.

Além disso, a FIG. 1.a mostra um dispositivo nulo (NP) para fixação do equilíbrio da ponte e uma flecha com escala graduada em graus Celsius.

Arroz. 1. Medição de temperatura por pontes de medição: a) em modo manual; b) no modo automático

Sabe-se da engenharia elétrica que a condição de balanceamento (equilíbrio) da ponte é realizada quando o produto das resistências dos braços opostos da ponte é igual, ou seja, levando em consideração a resistência dos fios que conectam o sensor:

onde Rp = Rp1 + Rp2 é a soma das resistências do fio; ou para ponte simétrica (R1 = R2)

Neste caso, não há tensão na diagonal de medição e o dispositivo zero indica zero.

Quando a temperatura Θ do objeto muda, a resistência do sensor RTC muda, o equilíbrio é perturbado e deve ser restaurado movendo o controle deslizante do fio deslizante.

Neste caso, junto com o controle deslizante, a seta se moverá ao longo da escala (as linhas pontilhadas na Fig. 1.a indicam a conexão mecânica entre o controle deslizante e a seta).

As leituras são feitas apenas em momentos de equilíbrio, razão pela qual tais circuitos e dispositivos são freqüentemente chamados de pontes de medição balanceadas.

A principal desvantagem do circuito de medição mostrado na fig. 1.a, é a presença de um erro causado pela resistência dos fios Rp, que pode variar em função da temperatura ambiente.

Esse erro pode ser eliminado usando um método de três fios para conectar o sensor (consulte a Figura 1.b).

Sua essência reside no fato de que, com a ajuda do terceiro fio, o «c» superior da diagonal de alimentação é movido diretamente para a resistência térmica, e os dois fios restantes Rп1 e Rп2 estão em diferentes braços adjacentes, ou seja, o estado de equilíbrio de uma ponte simétrica é transformado da seguinte forma:

Assim, para eliminar completamente o erro, basta usar os mesmos fios (Rp1 = Rp2) ao conectar o sensor ao circuito da ponte.

Sistema de controle automático de temperatura

Para implementar o modo de medição automática (Fig. 1b), basta conectar um amplificador sensível à fase (U) e um motor reversível (RD) com caixa de engrenagens à diagonal de medição em vez de um dispositivo zero.

Dependendo da natureza da mudança de temperatura do objeto, a pista de táxi moverá o controle deslizante RP em uma direção ou outra até que o equilíbrio seja estabelecido. A tensão na diagonal a-b desaparecerá e o motor parará.

Além disso, o motor moverá o ponteiro indicador e o registrador (PU) se necessário para registrar as leituras na tira do gráfico (DL). A barra gráfica é acionada a uma velocidade constante por um motor síncrono (SM).

Do ponto de vista da teoria de controle automático, esta instalação de medição é um sistema de controle automático de temperatura (SAK) e pertence à classe de sistemas servo com feedback negativo.

A função de realimentação é realizada conectando mecanicamente o eixo do motor RD ao registro Rp. O ponto de ajuste é o termopar TC. Nesse caso, o circuito de ponte executa duas funções:

1. dispositivo de comparação

2.conversor (ΔR para ΔU).

A tensão ΔU é um sinal de erro

O motor de reversão é um elemento executivo, e o valor de saída é o movimento de 1 seta (ou unidade registradora), pois a finalidade de cada SAC é fornecer informações sobre o valor controlado de forma conveniente para a percepção humana.

O circuito real da ponte de medição KSM4 (Fig. 2) é um pouco mais complicado do que o mostrado na Fig. 1. b.

O resistor R1 é um registro - um fio de alta resistência elétrica enrolado em um fio isolado. O motor móvel desliza no fio deslizante e através de um barramento de cobre paralelo ao fio deslizante.

Para reduzir a influência da resistência de contato transitória do motor na precisão da medição, duas partes do fio deslizante, separadas do motor, são incluídas em diferentes braços da ponte.

O objetivo dos resistores restantes:

• R2, R5, R6 — manobra, para alterar os limites de medição ou faixa de escala,

• R3, R4 — para definir (selecionar) a temperatura no início da escala,

• R7, R9, P10 — complete o circuito da ponte;

• R15 — para ajustar a igualdade das resistências dos fios Rп em diferentes braços da ponte,

• R8 — para limitar a corrente do termistor;

• R60 — para limitar a corrente de entrada do amplificador.

Todos os resistores são feitos de fio de manganina.

A ponte é alimentada por tensão alternada (6,3 V) de um enrolamento especial do transformador de rede.

Amplificador (U) — CA sensível à fase.

O motor executivo reversível (RD) é um motor de indução bifásico com caixa de engrenagens incorporada.

Arroz. 2. Esquema do dispositivo KSM4 no modo de medição de temperatura de canal único.