Файл: Технические измерения и приборы курсовой.pdf

Схема, показанная на 

рис. 1.8 б,

предназначена для построения неин-

вертирующего усилителя с последовательной обратной связью. Напряже-

ние на выходе усилителя можно найти, приравнивая потенциалы его вхо-

дов: 

2

1

1

вых

вх

R

R

R

U

U

+

=

, 

отсюда получаем 













+

=

1

2

ых

вых

1

R

R

U

U

. 

Если подать сигналы одновременно и на инвертирующий и на неин-

вертирующий входы операционного усилителя с обратной связью так, как 

показано на 

рис. 1.8 в

, то получим для случая, когда U

2

 = 0, 

1

2

1

вых

R

R

U

U

⋅

−

=

; 

для случая, когда U

1

 = 0. 

4

3

4

1

1

2

2

вых

R

R

R

R

R

R

U

U

+

+

⋅

=

. 

Если U

1

≠ 0 и U

2

≠ 0, то выходное напряжение равно 













+

+

+

⋅

−

=

4

3

2

1

1

4

2

1

2

1

вых

R

R

R

R

R

R

U

R

R

U

U

. 

При R

1

  =  R

3

и R

2

  = R

4

выходное напряжение пропорционально разно-

сти напряжений U

1

и U

2

и равно 

1

2

вых

R

R

U

−

=

. 

На 

рис. 1.8 г

приведена схема компаратора. Один из его входов соеди-

нен с источником опорного напряжения. Схему применяют для сравнения 

входного сигнала и опорного напряжения, совпадающих по знаку (поляр-

ности).  Для  изменения  полярности  выходного  сигнала  входы  усилителя 

меняют  местами.  Ширина  зоны  переключения  не  превышает  1  мВ.  Для 

уменьшения влияния помех и формирования амплитудной характеристики 

с  гистерезисом  (типа  триггера  Шмидта)  применяют  положительную  об-

21 

ратную связь (показана пунктиром). 

При увеличении напряжения U

1

триггер срабатывает (напряжение на 

выходе меняется с 

−

вых

U

на 

+

вых

U

) тогда, когда изменяется полярность меж-

ду входами усилителя, что соответствует входному напряжению 

4

3

2

вых

4

2

1

R

R

R

U

R

U

U

+

−

=

−

. 

При  уменьшении  напряжения  U

1

срабатывание  в  обратную  сторону 

будет наблюдаться при 

4

3

2

вых

4

2

1

R

R

R

U

R

U

U

+

+

=

+

, 

где 

+

вых

U

и 

−

вых

U

‒ величины положительного и  отрицательного напряже-

ния на выходе усилителя при его работе в режиме ограничения. 

2. 

Расчет измерительных схем автоматического моста 

и потенциометра 

Одним из основных элементов автоматических приборов является из-

мерительная схема, построенная по компенсационному методу измерения. 

Наиболее широкое применение для измерения как электрических, так и не-

электрических величин находят потенциометрические измерительные схе-

мы  и  уравновешенные  мостовые  с  реохордными  уравновешивающими 

устройствами. 

В задаче необходимо: 
1. 

Рассчитать измерительные схемы автоматического моста и автома-

тического потенциометра. 

2. 

Дать  описание  конструкции  прибора,  принципа действия,  принци-

пиальной  электрической  схемы,  методики  присоединения  преобразовате-

лей температуры. 

Данные для расчета выбрать из 

табл. 2.1.

Номер варианта определяет-

ся по последней и предпоследней цифре шифра. 

22 

Таблица 2.1 

Исходные данные 

Последняя 

цифра 

шифра 

Диапазон 

измерения 

t, °C 

Предпоследняя 

цифра 

шифра 

Градуировка 

Тип 

прибора 

термометр 

сопротивления 

термопара 

1 

2 

3 

4 

5 

6 

0 

0…100 

0 

20; 23 

ХК 

КСМ1 

1 

0…150 

1 

21; 24 

ПП-1 

КСМ2 

2 

0…200 

2 

22; 23 

ХА 

КСМ3 

3 

0…250 

3 

20; 24 

ХК 

КСМ4 

4 

0…300 

4 

21; 23 

ПП-1 

КСП1 

5 

0…350 

5 

22; 24 

ХА 

КСП2 

6 

0…400 

6 

20; 23 

ХК 

КСП3 

7 

0…450 

7 

21; 24 

ПП-1 

КСП4 

8 

0…500 

8 

22; 24 

ХА 

КСМ4 

9 

0…600 

9 

20; 24 

ХК 

КСП2 

Примечание. Последняя и предпоследняя цифры шифра принимаются по послед-

ней  и  предпоследней  цифрам  зачетной  книжки  студента  соответственно.  Например, 

номер зачетной книжки 236538. Таким образом, для данного варианта необходимо рас-

считать измерительную схему автоматического моста и потенциометра по следующим 

исходными данными: 

‒ диапазон измерения t = 0…500 

о

С; 

‒ градуировка термометра сопротивления 20; 24; 

‒ градуировка термопары ХК; 

‒ тип прибора – КСМ4.

Таким  образом,  студент  должен  рассчитать  потенциометрическую  и 

мостовую схемы для диапазона температур 0…500 °С с градуировкой тер-

мопары хромель копель, термометросопротивления 24-й градуировки, тип 

прибора КСМ4. 

2.1. Мостовая измерительная схема 

Автоматические  уравновешенные  мосты  предназначены  для  измере-

ния, записи и регулирования различных электрических и неэлектрических 

величин, функционально выраженных активным сопротивлением. Автома-

тические уравновешенные мосты, предназначенные для измерения и запи-

си  температуры,  работают  в  комплекте  с  электрическими  термометрами 

сопротивления, которые монтируются в месте замера температуры. 

23 

На 

рис. 2.1

приведена измерительная трехпроводная схема автомати-

ческого показывающего и самопишущего прибора КСМ4. 

Рис. 2.1. Измерительная трехпроводная схема автоматического моста КСМ4 

Аналогичную  схему  имеют  приборы  КСМ1  и  КСМ2.  Измерительная 

схема состоит из резисторов, имеющих следующие назначения: 

R

р

 – 

реохорд, спираль реохорда выполнена из вольфрамо-палладиевой 

проволоки, а движок – из золото-серебро-медного сплава; 

R

ш

 – 

резистор шунта, служит для подгонки эквивалентного сопротив-

ления реохорда до стандартного значения: 

Ом.

300

,

100

,

90

ш

р

ш

р

экв

=

+

=

R

R

R

R

R

 
R

п

 – 

резистор для задания предела измерения; 

R

д

 – 

резистор для задания начала шкалы, R

д

 = 5…10 

Ом; 

r

п

, r

д

 – 

подгоночные резисторы в виде спиралей; 

24 

R

1

,  R

2

,  R

3

  – 

резисторы  плеч  моста,  обычно  для  обеспечения  макси-

мальной чувствительности R

2

выбирают равным R

3

 (

равноплечий мост); 

R

б

 – 

резистор в цепи питания, служит для ограничения тока через тер-

мометр сопротивления (саморазогревание термометра сопротивления про-

текающим током не должно превышать 0,2 °С); 

R

л

 – 

резистор для подгонки сопротивления линии, R

л

= 2,5 Ом; 

R

t

 – 

термометр сопротивления. 

К одной диагонали измерительного моста подводится питание 6,3 В, а 

напряжение  с  другой  диагонали  подается  на  вход  усилителя.  При  сопро-

тивление термометра сопротивления и на выходе усилителя возникает на-

пряжение разбаланса переменного тока, которое после усиления приводит 

в действие реверсивный двигатель М. Выходной вал реверсивного двига-

теля вращается в ту или иную сторону в зависимости от фазы напряжения 

разбаланса до тех пор, пока существует напряжение разбаланса. Вращение 

выходного вала реверсивного двигателя с помощью механической переда-

чи преобразуется в прямолинейное движение каретки, на которой закреп-

лены контакты реохорда R

р

, указатель и записывающее устройство. В мо-

мент  равновесия  измерительной  схемы  положение  указателя  определяет 

значение  измерителей  температуры,  которое  также  записывается  на  дви-

жущейся диаграммной ленте. 

Расчет уравновешенной мостовой измерительной схемы 

1.  В  соответствии  с  пределами  измерения  рассчитываем  сопротивле-

ния  термометров  R

t  max

и  R

t  min

. 

Для  медных  термометров  сопротивления 

(ТСМ) 

R

t

 = R

o

 [1 + 

α (t – t

o

)], 

где R

t

;  R

o

  – 

сопротивления электрического термометра при измеряемой и 

начальной  температуре;  α  –  температурный  коэффициент  сопротивления 

материала, α  = 4,25 · 10

‒3

, 

1/°С; t – t

o

 – 

изменение температуры, t

o

 = 0 °C. 

Для платиновых термометров сопротивления (ТСП) 
 

R

t

 = R

o

 (l + A t + B t 

2

) 

при t > 0 °C; 

R

t

 = R

o

 [(l + A t + B t

2

 + C t

3

 (t – 100)] 

при t < 0 °С, 

где A = 3,96847 · 10

‒3

 / 

o

C; 

В = 5,847 · 10

‒7

 / 

°С

2

; 

С = ‒ 4,22 · 10

‒12 

/ 

°С

4

. 

2. 

Вычисляем R

3

при условии: ток через реохордное устройство I

Pt

при 

изменении сопротивления термометра от R

t  min

до R

t  max

менялся не более 

чем на 10…20 %, т. е. 

25