4-17. Общие сведения об автоматических потенциометрах

Автоматические потенциометры широко применяются в различных отраслях промышленности для измерения и записи температуры в комплекте с термоэлектрическими термометрами, а также с телескопами (первичными преобразователями) пирометров полного излучения Они одновременно могут быть использованы для измерения, записи и сигнализации или регулирования температуры. В этом случае потенциометры снабжаются дополнительным устройством для сигнализации или регулирования температуры. Некоторые модификации одноточечных потенциометров выпускаются с передающими преобразователями для дистанционной передачи измерительной информации Автоматические потенциометры находят также широкое применение и для измерения других величин (давления, расхода, уровня и т. д.), изменение которых может быть преобразовано в изменение напряжения постоянного тока,

Отличительной особенностью устройства автоматических потенциометров от рассмотренных выше переносных и лабораторных является то, что регулирование компенсирующего напряжения, а следовательно, и уравновешивание измеряемой термо-э. д. с. термометра или напряжения, осуществляемое перемещением движка по калиброванному реохорду, производится не вручную, а автоматически с помощью непрерывно действующего следящего устройства.

Схема автоматического потенциометра со следящей системой, работающей непрерывно, показана на рис. 4-17-1. В потенциометрах этого типа при равенстве компенсирующего напряжения и измеряемой термо-э. д. с. термометра исполнительный механизм следящей системы прибора находится в покое. Если измеряемая термо-э. д. с. не равна компенсирующему напряжению н, то сигнал небаланса (нескомпенсированное напряжение постоянного тока) подается на вход преобразовательного каскада (входного устройства усилителя).

Рис. 4-17-1. Схема автоматического потенциометра со следящей системой.

Сигнал небаланса преобразуется во входном устройстве в электрический сигнал переменного тока и усиливается усилителем до значения, достаточного для приведения в действие реверсивного двигателя выходной вал которого будет вращаться в направлении, зависящем от полярности сигнала. Выходной вал реверсивного двигателя через систему кинематической передачи воздействует на движок реохорда измерительной схемы изменяя компенсирующее напряжение до тех пор, пока оно не уравновесит измеряемую термо-э, д. с. . Одновременно приводится в движение каретка с указателем и пером (или печатающим устройством в многоточечных приборах), фиксируя значение измеряемой температуры (термо-э. д. с.). Любые последующие изменения измеряемой термо-э. д. с. снова приводят в действие реверсивный двигатель, который с помощью движка реохорда измерительной схемы изменяет компенсирующее напряжение до значения, равного новому значению измеряемой термо-э. д. с., и приводит в движение каретку с указателем и пером, фиксируя новое значение измеряемой температуры.

Таким образом, в автоматических потенциометрах усилитель выполняет функции нуль-органа и осуществляет одновременно

усиление по напряжению и мощности сигнала разбаланса, поступающего от измерительной схемы, до значения, достаточного для приведения в действие реверсивного двигателя, являющегося исполнительным механизмом следящей системы прибора.

Привод механизма продвижения диаграммной бумаги блока записи БЗ осуществляется синхронным двигателем СД, а в многоточечных приборах этот двигатель приводит в действие, кроме того, печатающее устройство каретки и двухполюсный переключатель термоэлектрических термометров.

Следящая система прибора, работающая непрерывно, используется также в безреохордных автоматических потенциометрах (§ 4-23).

Рассматриваемые ниже автоматические потенциометры являются техническими общепромышленными приборами высокого класса точности. Они бывают показывающие, показывающие и самопишущие с записью на дисковой и ленточной диаграмме. Приборы с дисковой диаграммной бумагой служат для измерения и записи температуры в одной точке. Потенциометры с ленточной диаграммой изготовляются как одноточечные, так и многоточечные для измерения и записи температуры в нескольких (2, 3, 6 и 12) точках.

Приборы самопишущие одноточечные снабжаются пером или другим устройством, которое записывает непрерывной линией на движущейся диаграммной бумаге значение измеряемой температуры.

Многоточечные самопишущие приборы снабжаются кареткой с печатающим механизмом для многоцветной или одноцветной записи и двухполюсным переключателем, автоматически подключающим к измерительной схеме поочередно все присоединенные к прибору термоэлектрические термометры. После наступления компенсации печатающий механизм каретки отпечатывает точку с цифрой, обозначающей номер термометра, термо-э. д. с. которого в данный момент измеряется. Переключатель автоматически присоединяет к измерительной схеме прибора следующий термометр. Таким образом, запись измеряемой температуры осуществляется последовательностью точек с цифрами, которая при правильном выборе длительности цикла (времени между двумя последовательными отпечатками) и скорости движения диаграммы однозначно определяет непрерывную зависимость измеряемой температуры от времени.

Автоматические потенциометры в зависимости от их назначения выпускаются с градуировкой шкалы в градусах Цельсия и в единицах напряжения, обычно в милливольтах. При применении потенциометров с температурной шкалой необходимо иметь в виду, что их шкала действительна только для указанного на циферблате обозначения градуировки, а следовательно, и для определенного термоэлектрического термометра.

Для автоматических электронных потенциометров, выпускаемых отечественной приборостроительной промышленностью,

установлены классы точности 0,25; 0,5; 1,0; 1,5 (ГОСТ 7164-71). Многопредельные потенциометры могут иметь различный класс точности для каждого из пределов измерений.

Пределы допускаемой основной погрешности показаний потенциометров, выраженные в процентах нормирующего значения измеряемой величины, на всех отметках шкалы не должны превышать: ±0,25; ±0,5; ±1,0; ±1,5 — для классов точности 0,25; 0,5; 1,0; 1,5 (соответственно).

Пределы допускаемой основной погрешности на всех отметках диаграммы самопишущих потенциометров устанавливаются в зависимости от класса точности и ширины поля записи при относительной влажности 60% 2. Например, для автоматических потенциометров классов точности 0,25 и 0,5 с шириной поля записи пределы допускаемой основной погрешности на всех отметках диаграммы не должны превышать ±0,5%, а для приборов класса точности 0,5 с шириной поля записи нормирующего значения измеряемой величины.

Вариация показаний потенциометров не должна превышать 0,2% нормирующего значения для приборов класса точности 0,25 и половины абсолютного значения предела допускаемой основной погрешности — для приборов остальных классов.

Для потенциометров нормирующее значение измеряемой величины и диапазон измерения выражаются в единицах напряжения.

Автоматические потенциометры предназначаются для работы в стационарных условиях при температуре окружающего воздуха от 5 до 50°С и относительной влажности от 30 до 80%.

Изменение показаний потенциометров с диапазоном измерений и более, имеющих компенсацию температуры свободных концов термоэлектрического термометра, вызванное изменением температуры окружающего воздуха от до любой температуры в интервале от 5 до 50°С на каждые не должно превышать 0,2% для приборов классов точности 0,25 и 0,5; 0,25% — для приборов классов 1,0 и 1,5; 0,25% (длина шкалы и 0,4% (длина шкалы для потенциометров с диапазоном измерений менее

Для потенциометров без компенсации температуры свободных концов термоэлектрического термометра изменение показаний на каждые 10°С не должно превышать 0 1% для приборов класса 0,25 и 0,5 и 0,15% для приборов классов 1,0 и 1,5.

Питание силовой электрической цепи потенциометров осуществляется от сети переменного тока напряжением частотой Гц. При изменении напряжения питания силовой электрической цепи приборов на и —15% номинального значения изменение показаний потенциометров не должно пре вышать 0,2% для приборов класса точности 0,25 и половины абсолютного значения предела допускаемой основной погрешности для потенциометров остальных классов точности.

Питание измерительной схемы потенциометров осуществляется от источника стабилизированного питания, встроенного в прибор.

Погрешность скорости перемещения диаграммных лент и дисков автоматических потенциометров не должна превышать ±0,5% заданной скорости при напряжении сети В и частоте 50 Гц. Номинальная скорость перемещения диаграммной ленты выпускаемых самопишущих потенциометров лежит в пределах от 20 до . У серийно выпускаемых приборов с дисковой диаграммой скорость вращения диаграммных дисков равна обычно одному обороту за но может быть и другой.

Время прохождения указателем всей шкалы серийно выпускаемых потенциометров в зависимости от типа и модификации выбирается из ряда 0,25; 0,50; 1,0; 2,5; 5,0; 10 и 16 с.

Изменение показаний потенциометров с диапазоном измерения и более, вызванное влиянием внешнего магнитного поля напряженностью образованного переменным током частотой 50 Гц, при самых неблагоприятных фазе и направлении поля не должно превышать ±0,5% диапазона измерений.

Изменение показаний потенциометров, вызванное влиянием паразитного сигнала между входными измерительными зажимами, действующего последовательно с полезным сигналом (поперечная помеха, § 4-18), на 20% диапазона измерения приборов и имеющего любой фазовый угол, не должно превышать предела допускаемой основной погрешности потенциометров. Вариация показаний приборов при этом не должна превышать абсолютного значения предела допускаемой основной погрешности.

Изменение показаний приборов, вызванное влиянием паразитного напряжения постоянного тока и переменного тока с любым фазовым углом между любым измерительным зажимом и заземленным корпусом (продольная помеха, § 4-18) на всем диапазоне измерения приборов, не должно превышать 0,5 предела допускаемой основной погрешности потенциометров. Вариация показаний приборов в этом случае не долма превышать абсолютное значение предела допускаемой основной погрешности.

При определении погрешности измерения температуры автоматическим потенциометром в комплекте с термоэлектрическим термометром необходимо иметь в виду, что предел допускаемой основной погрешности и изменение показаний потенциометра под действием влияющих величин в пределах нормированной области их значений выражаются как приведенные погрешности в процентах нормирующего значения измеряемой величины (§ 1-5), а допускаемая градуировочная погрешность термоэлектрического термометра и термоэлектродных проводов нормируется в виде абсолютной погрешности, выражаемой в милливольтах (табл. 4-7-3 и 4-9-1).

Пример. Определим предельную погрешность измерения температуры перегретого водяного пара автоматическим самопишущим потенциометром класса 0.5 со шкалой 200—600°С (градуировка ХА) в комплекте с термоэлектрическим термометром типа в нормальных условиях и предельную погрешность измерения температуры пара в эксплуатационных условиях. Потенциометр показывает температуру пара

Определение погрешности при измерении температуры пара в нормальных условиях. Пределы допускаемой основной абсолютной погрешности показаний и записи (скорость продвижения диаграммной ленты потенциометром класса 0,5 (ширина поля записи

что соответствует (табл. П4-7-3) или

Допускаемое отклонение (погрешность) градуировки термометра согласно табл. 4-7-3

что соответствует согласно табл. П4-7-3 или

Допускаемое "отклонение э. д. с. в паре между жилами термоэлектродных проводов ХА согласно табл. 4-9-1

что соответствует согласно табл. или

Предельная абсолютная погрешность показаний для комплекта определяется по формуле

что соответствует согласно табл. П4-7-3 или

Предельная относительная погрешность записи среднесуточной температуры пара (ширина поля записи для комплекта определяется по формуле

где погрешность определения среднесуточного значения температуры пара по диаграммной ленте; принимается равной допускаемой относительной погрешности планиметра, (погрешность планиметра зависит от его конструкции).

Принимая для полярного планиметра ±0,5%, определим по формуле (4-17-1) предельную погрешность записи температуры пара для комплекта

что соответствует

При определении приближенного значения предельной погрешности записи среднесуточной температуры пара погрешностью скорости перемещения диаграммной ленты можно пренебречь.

Если самопишущий потенциометр класса 0,5 имеет ширину поля записи то пределы допускаемой основной абсолютной погрешности записи его равны:

что составляет согласно табл. П4-7-3 или

Погрешности в данном случае сохраняют прежние значения В этом случае предельная относительная погрешность записи среднесуточной температуры пара (ширина поля записи для комплекта

что соответствует

Применяемая в этом примере методика оценки предельной погрешности показаний и записи температуры автоматическим потенциометром в комплекте с термоэлектрическим термометром согласуется с опытными данными. Погрешность показаний и записи температуры для комплекта по опытным данным получается по сравнению с расчетными значениями меньше на 10—15%.

Определение погрешности при измерении температуры пара в эксплуатационных условиях. Вначале выясним причины, которые могут вызывать изменение погрешности измерения температуры пара в эксплуатационных условиях по сравнению с нормальными.

При измерении температуры среды необходимо учитывать, что температура рабочего конца термометра может отличаться от действительной температуры среды. При измерении стационарной температуры перегретого водяного пара причинами этого являются теплообмен излучением между термометром и окружающей его внутренней стенкой паропровода и отвод тепла по термометру вследствие теплопроводности (см. § 6-2, 6-4).

Систематические погрешности, происходящие вследствие теплообмена излучением и теплопроводности, относятся к методическим погрешностям. Как показывают проведенные исследования, при соблюдении ряда условий методическими погрешностями при измерении температуры пара на ТЭС можно пренебречь.

Изменение показаний потенциометра при отсутствии методических погрешностей и правильной его установке может быть вызвано действием влияющих величин (см. § 1-5).

Согласно техническим характеристикам автоматических потенциометров изменение показаний прибора, применяемого для измерения температуры пара в комплекте с термоэлектрическим термометром может происходить:

1) за счет изменения температуры окружающего воздуха от Если это изменение не выходит из пределов расширенной области от 5 до изменение показаний прибора на каждые 10°С не будет превышать

что соответствует согласно табл, П4-7-3 или

Если температура окружающего воздуха в помещении, где установлен потенциометр, равна то изменение показаний прибора не превышает

что соответствует согласно табл. ±1,7°С или

2) за счет изменения напряжения питания силовой электрической цепи прибора. Если это изменение находится в пределах +10 и —15% номинального значения, изменения показаний потенциометра не превышают

что соответствует согласно табл. П4-7-3 или

3) за счет влияния внешнего магнитного поля. Если напряженность внешнего магнитного поля, образованного переменным током частотой 50 Гц, не более изменение показаний прибора не будет превышать

что соответствует согласно табл. П4-7-3 или

4) за счет влияния поперечной помехи не более 20% диапазона измерения изменение показаний прибора не будет превышать

что соответствует согласно табл, П4-7-3 или

Приближенно предел суммарного изменения показаний потенциометра можно оценить по формуле

что соответствует

Предельная погрешность показания для комплекта при измерении температуры пара в эксплуатационных условиях не будет превышать

или

Предельная относительная погрешность записи среднесуточной температуры пара для комплекта в эксплуатационных условиях (ширина поля записи не будет превышать

что соответствует

Если прибор класса 0,5 имеет диаграммную ленту шириной то предельная относительная погрешность записи средней суточной температуры пара в эксплуатационных условиях не будет превышать

что соответствует

При определении приближенного значения предельной погрешности записи температуры пара в эксплуатационных условиях предполагалось, что значение относительной влажности равно 60%.

Предельная погрешность измерений температуры пара в эксплуатационных условиях автоматическим потенциометром в комплекте с термоэлектрическим термометром может быть уменьшена по сравнению с полученными значениями.

Если автоматический потенциометр установить на щите в специальном помещении, в котором температура воздуха поддерживается в пределах от 18 до 25°С и не будет выходить за пределы нормальной области значений то

Изменение показаний потенциометра, вызываемое изменением напряжения питания силовой электрической цепи его, также можно исключить, если обеспечить стабилизацию напряжения.

Помещение для щита, на котором устанавливается потенциометр, необходимо выбврать в таком месте, где исключается возможность влияния на него внешнего магнитного поля. Как показывают исследования, проведенные на ТЭС В. П. Преображенским, М. А. Панько и А. Н. Забелиным, напряженность переменного магнитного поля в помещениях блочных щитов не превышает а в местах расположения местных щитов турбогенераторов

Для устранения или уменьшения поперечной помехи необходимо прокладывать термоэлектродные провода так, чтобы возможные наводки внешним электромагнитным полем были сведены к минимуму. Если учесть, что современные потенциометры для уменьшения влияния поперечной помехи снабжаются многозвенными фильтрами (§ 4-18), то этим влиянием на изменение показаний прибора также можно пренебречь.