4-18 Принципиальные схемы автоматических потенциометров

В автоматических потенциометрах используется компенсационная мостовая измерительная схема. Напряжение, компенсирующее измеряемую термо-э. д. с. термоэлектрического термометра, в этой схеме получается как разность потенциалов в двух точках. Потенциал одной из точек определяется положением движка реохорда, а потенциал другой зависит от температуры свободных концов термометра.

Рис. 4-18-1. Типовая принципиальная схема одноточечного автоматического потенциометра.

Это дает возможность, как будет показано ниже, осуществить автоматическое введение поправки на изменение термо-э. д. с. термометра, вызываемое отклонением температуры свободных концов его от Измерительная схема позволяет также выполнять шкалы потенциометров односторонние, двусторонние и безнулевые (с подавлением нуля).

Ниже рассмотрим приведенную на рис. 4-18-1 типовую принципиальную схему одноточечного автоматического потенциометра. На этой схеме приняты следующие обозначения: — реохорд; — шунт реохорда, служащий для подгонки сопротивления последнего до заданного нормированного значения ; Т — токоотвод; резистор для установления диапазона измерения резистор для установления начального значения шкалы резистор балластный для установки при различных градуировках определенного значения

сопротивления верхней ветви измерительной схемы а следовательно, и рабочего тока вспомогательный резистор из медной проволоки для автоматического введения поправки на изменение термо-э. д. с. термометра при изменениях температуры его свободных концов; контрольный резистор, сопротивлением Ом (или ±0,5 Ом) для всех выпускаемых потенциометров, служащий для контроля рабочего тока в измерительной схеме при градуировке прибора или его поверке; — источник питания стабилизированный; резисторы в цепи для ограничения и регулировки рабочего тока при градуировке или поверке прибора; термоэлектрический термометр; термоэлектродные провода; 5—6 — зажимы, к которым при градуировке прибора или его поверке присоединяют нулевой прибор (например, гальванометр типа и насыщенный нормальный элемент класса точности 0,005; входное устройство усилителя, предназначенное для преобразования поступающего из измерительной схемы сигнала небаланса (нескомпенсированного напряжения) постоянного тока в сигнал (напряжение) переменного тока; а — движок; каретка с указателем и пером; реверсивный асинхронный двигатель конденсаторного типа с коротко-замкнутым ротором с встроенным в его корпус редуктором, передаточное число которого определяет время прохождения кареткой всей шкалы прибора; конденсаторы для создания необходимого фазового сдвига (90°) между магнитными потоками обмотки возбуждения и управляющей обмотки и необходимого напряжения (127 В) на обмотке возбуждения; конденсатор, шунтирующий управляющую обмотку реверсивного двигателя для компенсации индуктивной составляющей тока в этой обмотке; СД - синхронный двигатель для продвижения диаграммной ленты, а в многоточечных приборах также для привода печатающего устройства и двухполюсного переключателя термоэлектрических термометров.

Все резисторы измерительной схемы автоматических потенциометров, кроме изготовляют из стабилизированной манганиновой проволоки. В потенциометрах, работающих в комплекте с термометрами градуировок и др., резистор находится в непосредственной близости со свободными концами термоэлектродных проводов соединяющих термометр с прибором.

При измерении температуры автоматическими потенциометрами в комплекте с термоэлектрическими термометрами градуировки поправка на изменение температуры свободных концов, как отмечалось выше, не вводится. Поэтому все резисторы измерительной схемы потенциометров, предназначенных для работы с этими термометрами, изготовляют из манганиновой проволоки,

Реохорд автоматического потенциометра является ответственным узлом. Основные элементы реохорда — рабочая спираль и токоотвод То (вспомогательная спираль). В потенциометрах типа КПП, КСП и др., выпускаемых в настоящее время, рабочую и

вспомога тельную спирали изготовляют из проволоки ПдВ-20 (сплав палладий—вольфрам). В приборах прежних разработок типа ЭПП, ПС и других рабочая и токоотводящая спирали выполнялись из манганиновой проволоки. Реохорд из проволоки обладает большей стойкостью против истирания по сравнению с реохордом из манганиновой проволоки. Для повышения надежности работы движок реохорда снабжается контактами, выполненными из сплава золото—серебро—медь. Надежность контакта, а следовательно, и работы реохорда обеспечивается также чистотой контактных поверхностей, защитой от загрязнений и необходимым контактным давлением.

Как видно из рис. 4-18-1, термоэлектрический термометр подключен последовательно с усилителем к точкам а и с измерительной схемы потенциометра. К зажимам подключен источник стабилизированного питания, обеспечивающий постоянство рабочего тока в измерительной схеме прибора. При нормальной температуре окружающего воздуха напряжение между точками а и с зависит только от положения движка реохорда, и для каждого значения измеряемой термо-э. д. с. термометра можно найти такое положение движка реохорда, при котором компенсирующее напряжение между точками а и с равно и тока в цепи термометра не будет. В этом случае по закону Кирхгофа для контура

откуда

где приведенное сопротивление реохорда; (здесь часть приведенного сопротивления реохорда левее движка а).

Рассмотрим принцип автоматического введения поправки на изменение температуры свободных концов термоэлектрического термометра. Допустим, что первоначальная температура свободных концов термометра увеличилась и стала равной а температура рабочего конца осталась без изменения и равна . В этом случае значение термо-э. д. с. термометра уменьшится на Если бы все сопротивления измерительной схемы оставались при этом неизменными, то движок реохорда сместился бы влево на расстояние, соответствующее значению и потенциометр при постоянной температуре рабочего конца термометра показал неправильную (заниженную) температуру. В действительности с повышением температуры сопротивление медного резистора находящегося в одинаковых температурных условиях со свободными концами термометра, увеличивается на При этом несколько изменяются токи а вместе с тем и уменьшается компенсирующее напряжение на . В этом случае на основании уравнения (4-18-1)

Таким образом, для того чтобы движок а сохранил свое прежнее положение и прибор показывал температуру рабочего конца термометра независимо от температуры его свободных концов, (в определенных пределах 5-50°С), необходимо обеспечить равенство Отсюда следует, что сопротивление резистора должно быть рассчитано таким образом, чтобы компенсирующее напряжение между точками а а с изменялось с допускаемой погрешностью на то же значение, на которое изменяется термо-э. д. с. термометра вследствие изменения температуры его свободных концов. В этом случае показания прибора останутся без изменения в пределах принятой погрешности. Ниже будет показано, что значение сопротивления резистора может быть принято с допускаемой погрешностью одинаковым для всех диапазонов измерений прибора с термоэлектрическими термометрами одной и той же градуировки.

Важной характеристикой компенсационной измерительной схемы потенциометра с усилителем в качестве нулевого индикатора является ее чувствительность по напряжению, которая определяется как отношение напряжения на входе усилителя к нескомпенсированному напряжению.

Нескомпенсированному напряжению соответствует ток, протекающий через входную цепь усилителя

где - входное сопротивление усилителя со стороны зажимов входного устройства сопротивление измерительной схемы потенциометра; суммарное сопротивление термометра и термоэлектродных проводов.

Если напряжение на входе усилителя

то чувствительность по напряжению измерительной схемы прибора

Порог чувствительности электронного потенциометра по напряжению т. е. наименьшее изменение значения измеряемой термо-э. д. с., способное вызвать малейшее изменение показания прибора, определяется выражением

здесь и — порог чувствительности усилителя потенциометра (§ 4-20). Коэффициент учитывает изменение коэффициента усиления усилителя при колебаниях напряжения, температуры и т. п. (обычно ).

Порог чувствительности по напряжению электронных автоматических потенциометров обычно не превышает 1/5 предела допускаемой основной погрешности показания данного прибора.

Для обеспечения помехоустойчивости электронных автоматических потенциометров в зависимости от вида помехи применяют фильтры и специальную экранировку первичной и вторичной обмоток входного трансформатора (§ 4-20).

В практике эксплуатации автоматических потенциометров наиболее общим является случай, когда сигнал помехи действует последовательно с полезным сигналом во входной цепи прибора. Такой вид помехи обычно называют помехой нормального вида или поперечной помехой. Причинами появления в цепи термоэлектрического термометра, а вместе с тем и на входе потенциометра поперечной помехи могут быть наводки внешнего электромагнитного поля, паразитные токи и э. д. с. и прочее. Причинами появления электромагнитного поля могут быть излучения электромагнитной энергии силовыми кабелями, промышленными электрическими установками и т. п.

В ряде случаев приходится встречаться и с другим видом воздействия помех, который имеет место, когда потенциалы точек заземления корпуса прибора (или усилителя) и рабочего конца термометра различны. Этот вид помехи носит название помехи общего вида или продольной помехи. В тех случаях, когда входные или измерителиые цепи потенциометра представляют собой электрическую цепь, несимметричную относительно корпуса, то продольная помеха превращается в поперечную. Продольная помеха может возникать также при наличии контуров заземления, через которые протекает ток большого значения, и между различными точками заземления появляется разность потенциалов или при измерении термоэлектрическим термометром температуры жидкого металла в электрических плавильных печах и в ряде других случаев. Методы уменьшения влияния помех при измерении температуры автоматическими потенциометрами в комплекте с термоэлектрическими термометрами рассмотрены в [12, 16].

Следует отметить, что чувствительность электронных автоматических потенциометров к продольной помехе значительно меньше, чем к поперечной. Это объясняется тем, что измерительные цепи потенциометра имеют сравнительно небольшое значение проводимости утечки, а также наличием гальванического разделения входных цепей и общей цепи усилителя, которая обычно соединена с корпусом. Необходимо также отметить, что при воздействии продольной помехи на потенциометр появляется, как правило, поперечная помеха такого же спектрального состава, что и продольная.

Действие помех на автоматический электронный потенциометр вызывает смещение нуля, уменьшение коэффициента усиления усилителя и вследствие этого увеличение статической и динамической погрешности прибора.

Для уменьшения влияния помех, возникающих в цепи термоэлектрического термометра, на вход прибора подключают многозвенные фильтры. Автоматические потенциометры типа. КСП2 и КСП4 с временем прохождения кареткой (указателем) всей шкалы 2,5; 5 и 10 с снабжают двойным -образным фильтром состоящим из резисторов и конденсаторов Приборы типа КСП4 с временем прохождения указателем всей шкалы 1 с имеют на входе двойной -образный фильтр состоящий из резисторов и конденсаторов (рис. 4-22-5).

Измерительная схема потенциометров, работающих в комплекте с телескопами пирометров полного излучения, отличается от рассмотренной тем, что в цепь постоянного резистора и реохорда

включен корректирующий резистор зашунтированный резистором При перемещении рукой движка корректирующего резистора меняется значение приведенного сопротивления реохорда, а следовательно, и компенсирующее напряжение Корректирующий резистор позволяет значительно уменьшить методическую погрешность при измерении температуры пирометром полного излучения (§ 7-6),

На базе автоматических потенциометров со шкалой в милливольтах без изменения измерительной схемы выпускаются миллиамперметры и вольтметры для работы с измерительными устройствами, имеющими унифицированный выходной сигнал постоянного тока.

В миллиамперметрах, используемых для измерения силы постоянного тока на входе измерительной схемы потенциометра (зажимы 3 и 4, рис. 4-18-1) устанавливают резистор с номинальным сопротивлением равным 2 и 0,5 Ом соответственно (рис. 4-18-1, б). Ток от измерительного устройства, протекая по резистору создает падение напряжения которое уравновешивается компенсирующим напряжением измерительной схемы.

В вольтметрах, применяемых для измерения напряжения постоянного тока на входе потенциометра (зажимы 3 к 4, рис. 4-18-1) устанавливают делитель напряжения с резисторами (рис, 4-18-1, в), который рассчитан таким образом, чтобы на прибор подавалось напряжение, соответствующее его диапазону измерений в милливольтах. В выпускаемых вольтметрах, например типа КСУ2, имеющих диапазон измерения резисторы делителя имеют сопротивление .

В автоматических потенциометрах со шкалой в милливольтах, в миллиамперметрах и вольтметрах все резисторы измерительной схемы изготовляют из манганиновой проволоки,