Автоматические потенциометры

 

Автоматические потенциометры предназначены для измерения температуры в комплекте c термоэлектрическими преобразователями (ТЭП) стандартных номинальных статических характеристик. В автоматических потенциометрах используется измерительная схема, реализующая компенсационный метод измерения значения термоЭДС термоэлектрических преобразователей. Простейшая измерительная схема потенциометра изображена на рис. 1.

 

U_п Ш

 

a R_р b

 

 

 

E_т

Рис. 1. Измерительная схема потенциометра

 

Термоэлектрический преобразователь ТЭП (рис.1) подключен к делителю напряжения (реохорду) R_р таким образом, что падение напряжения U_ab между точками a и b на части делителя напряжения R_р подключено навстречу термоЭДС E_т термоэлектрического преобразователя ТЭП. Перемещая движок реохорда R_р, можно найти такое положение движка, при котором U_ab = E_т.

В этом случае термоЭДС E_т уравновешивается падением напряжения U_ab, ток в цепи ТЭП отсутствует и стрелка нуль – индикатора НИ установится на нулевую отметку. По положению стрелки – указателя потенциометра, перемещающейся вдоль шкалы Ш, можно определить значение термоЭДС или значение измеряемой температуры.

Структурная схема автоматического потенциометра приведена на рис. 2.

 

 

R_Р

 

 

ДС ДР

 

 

ТЭП

Рис. 2. Структурная схема автоматического потенциометра:

ИС – измерительная схема; УС – усилитель следящей системы; ДС - электродвигатель следящей системы; ОУ – отсчетное устройство; РУ – регистрирующеее устройство; ДР – электродвигатель регистрирующего устройства

На рис. 3 приведена полная измерительная схема автоматического потенциометра. На измерительной схеме (рис. 3) приняты следующие обозначения:

R_ш – шунт реохорда, предназначенный для подгонки параллельно

соединенных сопротивлений реохорда R_р и шунта реохорда R_ш

до стандартного значения;

R_н – резистор для подгонки нижнего предела измерений прибора;

R_в – резистор для подгонки верхнего предела измерений прибора;

R₁ – резистор для установки номинального значения тока в рабочей

ветви измерительной схемы;

R₂ – резистор для установки номинального значения тока во

вспомогательной ветви измерительной схемы;

R_м – резистор для введения поправки на температуру свободных концов

ТЭП;

R₀ – резистор, используемый при градуировке прибора;

R_п – резистор для ограничения тока источника питания ИП.

Рабочая ветвь измерительной схемы содержит резисторы R₁, R_н, R_в, R_ш и сопротивление реохорда R_р. Вспомогательная ветвь измерительной схемы содержит резистор R₂ и, в зависимости от положения переключателя П, резистор R_м или резистор R₀.

Резистор R_м представляет собой катушку, намотанную медным проводом и размещенную в непосредственной близости от места подключения в измерительную схему свободных концов термоэлектрического преобразователя ТЭП.

Следящая система автоматического потенциометра состоитиз усилителя УС и электродвигателя ДС, механически связанного с движком реохорда R_р. Регистрирующее устройство включает пишущий узел и лентопротяжный механизм или устройство перемещения диаграммного диска ДД, связанные с электродвигателем ДР. На схеме (рис. 3) механические связи показаны пунктирными линиями.

R_р c ОУ ДД

 

R_ш ОВ ДС

ДР
R_н R_в R₁ УС

 

a R_{п ИПС} i₁ U_п

b

1 i₂

П 2 d R₂ ВУ

 

R_м R₀ U_в

 

TЭП

 

Рис. 3. Измерительная схема автоматического потенциометра

 

Напряжение U_в на входе входного устройства ВУ равно разности измеряемой термоЭДС Е_т термоэлектрического преобразователя ТЭП и падения напряжения при прохождении тока i₁ по части m эквивалентного сопротивления R_э реохорда, coстоящего из трех параллельно включенных сопротивлений R_р , R_ш, R_в и сопротивлению R_н, а также падения напряжения при прохождении тока i₂ по резистору R_м или (при контроле работоспособности прибора) по резистору R₀:

 

U_в = E_т - i₁(mR_Э + R _н) - i₂R_м. (1)

 

Если

E_т = i₁(mR _Э + R_н) - i₂R_м, (2)

 

то напряжение U_в = 0, напряжение на обмотке управления ОУ электродвигателя ДС отсутствует и движок реохорда неподвижен. Стрелка – указатель прибора показывает измеряемое значение температуры.

Если значение измеряемой температуры равно нижнему пределу измерений автоматического потенциометра, то его измерительная схема с подключенным термоэлектрическим преобразователем находятся в состоянии равновесия и на входе входного устройства ВУ напряжение U_в отсутствует. Движок реохорда R_р находится в крайнем положении, а стрелка – указатель прибора – на отметке шкалы, соответствующей нижнему пределу измерений автоматического потенциометра.

Если измеряемая температура увеличивается, то значение термоЭДС ТЭП увеличивается и равновесие измерительной схемы с подключенным ТЭП нарушается. На входе входного устройства ВУ появляется напряжение U_в. Напряжение с выхода усилителя УС поступает на обмотку управления ОУ реверсивного электродвигателя ДС. Напряжение питания обмотки возбуждения ОВ электродвигателя ДС составляет 127В переменного тока. Когда напряжение на обмотке управления ОУ достигает значения напряжения трогания, реверсивный электродвигатель ДС начинает работать. С помощью механической связи электродвигатель ДС перемещает движок реохорда R_р в направлении равновесия измерительной схемы с подключенным ТЭП. В момент равновесия U_п = 0 и электродвигатель ДС отключается.Стрелка – указатель прибора устанавливается на отметке шкалы, соответствующей измеряемой температуре.

Если измеряемая температура уменьшается, то значение термоЭДС ТЭП уменьшается и равновесие измерительной схемы с подключенным ТЭП вновь нарушается. На входе входного устройства ВУ появляется напряжение U_п, полярность которого противоположна полярности напряжения U_п при увеличении измеряемой температуры. Реверсивный электродвигатель ДС перемещает движок реохорда R_рв направлении, противоположном направлению перемещения движка реохорда при увеличении измеряемой температуры. Движок реохорда R_р останавливается в положении, соответствующем новому состоянию равновесия измерительной схемы с подключенным ТЭП. Стрелка – указатель автоматического потенциометра вновь устанавливается на отметке шкалы, соответствующей измеряемой температуре.

При изменении измеряемой температуры изменяется значение термоЭДС Е_т и равенство (2) нарушается. На выходе измерительной схемы появляется напряжение U_в, которое подается на вход входного устройства ВУ. Входное устройство ВУ преобразует напряжение U_в постоянного тока в напряжение U_п переменного тока. Напряжение U_п усиливается до значения напряжения трогания электродвигателя ДС, достаточного для приведения его в действие. Вал электродвигателя ДС с помощью механической связи перемещает движок реохорда, устанавливая новое состояние равновесия измерительной схемы, при котором U_в = 0. Одновременно стрелка – указатель и пишущий узел прибора перемещаются в новое положение, соответствующее значению измеряемой температуры.

На рис. 4 изображена структурная схема автоматического электронного потенциометра типа ДИСК-250.

R_р

ИП

ДВ

УВ УР

 

В1 ПУ ОУ УС

 

ТЭП ПР В2

 

 

Рис. 4. Структурная схема автоматического прибора ДИСК-250:

В1 - входное устройство; УВ - усилитель входного сигнала;

ПУ - предварительный усилитель; ОУ - оконечный усилитель;

УР - усилитель сигнала реохорда; ПР - устройство преобразования;

В2 - выходные устройства; УС - усилитель следящей системы;

ДВ - электродвигатель; ИП - источник питания

Входное устройство В1 (рис. 4) нормализует значение термоЭДС термоэлектрического преобразователя ТЭП по нижнему пределу измерения прибора. В усилителе входного сигнала УВС значение термоЭДС термоэлектрического преобразователя ТЭП нормализуется по верхнему пределу измерения прибора. Таким образом, с выхода УВ на вход усилителя следящей системы УС подается значение напряжения, нормализованное по нижнему и верхнему пределам измерений автоматического прибора.

На входе усилителя следящей системы УС из значения напряжения, поступающего с выхода УВ, вычитается усиленное усилителем сигнала реохорда УР значение падения напряжения на части реохорда R_р. Разность значения напряжения, поступающего на вход УС с выхода УВ, и значения напряжения, поступающего на вход УС с выхода УР, усиливается и подается на обмотку управления электродвигателя ДВ следящей системы. Когда напряжение на обмотке управления электродвигателя ДВ следящей системы достигает значения напряжения трогания, реверсивный электродвигатель ДВ начинает работать. С помощью механической связи электродвигатель ДВ перемещает движок реохорда R_р в таком направлении, при котором значение напряжения на обмотке управления электродвигателя ДВ уменьшается. В момент равенства нулю разности значения напряжения, поступающего на вход УС с выхода УВ, и значения напряжения, поступающего на вход УС с выхода УР, электродвигатель ДВ отключается. Стрелка – указатель прибора, связанная с движком реохорда, устанавливается на отметке шкалы, соответствующей измеряемой температуре. При изменении измеряемой температуры изменяется термоЭДС термоэлектрического преобразователя и электродвигатель ДВ вновь начинает работать, перемещая движок реохорда в положение, соответствующее измеряемой температуре. Стрелка – указатель прибора вновь устанавливается на отметке шкалы, соответствующей измеряемой температуре. Таким образом, каждому значению измеряемой температуры соответствует определенное положение движка реохорда и связанной с ним стрелки – указателя прибора.

Напряжение с выхода ПУ подается на вход устройства преобразования ПР, предназначенного для преобразования выходного напряжения ПР в унифицированный сигнал 0 – 5 мА или 0 – 20 мА. Напряжение с выхода УВ подается на входы выходных устройств В2, предназначенных для выполнения дополнительных функций прибора.