Основные метрологические характеристики измерительных устройств

Приборы контроля параметров технологических процессов

Вопросами теории измерений, средствами обеспечения их единства и способами достижения необходимой точности занимается наука метрология.

Метрология определяет измерение как познавательный процесс, за­ключающийся в нахождении соотношения между измеряемой величиной и другой величиной, условно принятой за единицу измерения. Так, если к - измеряемая величина, а - единица измерения, a т - числовое значение измеряемой величины в принятой единице, то

к = та. (2.1)

Это уравнение является основным уравнением измерения.

В теории измерений различают: прямые, косвенные, совокупные и совместные измерения.

Прямые измерения, характеризуемые равенством (2.1), заключаются в непосредственном сравнении измеряемой величины с единицей измерения при помощи меры или измерительного прибора со шкалой, выраженной в этих единицах. Большую часть физических величин определяют не путем непосредственных измерений, а с помощью вычислений, пользуясь из­вестными функциональными зависимостями.

Измерения, при которых искомую измеряемую величину определяют вычислениями по результатам прямых измерений, связанных с искомой величиной известной функциональной зависимостью, называют косвенны­ми измерениями. При этом значение измеряемой величины определяют по формуле

Q = f(A,B,C, ...,), (2.2)

где A, B, C - значения величин, полученные при прямых измерениях. Приме­рами косвенных измерений могут служить: определение объема тела по пря­мым измерениям его геометрических размеров, расхода вещества, протекаю­щего в трубопроводе, по перепаду давлений на дроссельном устройстве и т.п.

Совокупными измерениями называют такие, при которых искомые значения величин находят с помощью системы уравнений, получаемых при прямых измерениях различных сочетаний этих величин.

Совместными измерениями называются производимые одновременно измерения двух или нескольких неодноименных величин для нахождения зависимости между ними.

2.1. Характеристика средств измерения

В состав измерительной аппаратуры входят меры, измерительные приборы и вспомогательные устройства. По назначению меры и измерительные приборы бывают образцовыми и рабочими.

Образцовые меры и измерительные приборы служат для воспроизве­дения и хранения единиц измерения, а также для градуировки и поверки рабочих измерительных устройств.

Рабочие меры и измерительные приборы предназначены для прямого или косвенного сравнения измеряемых величин с соответствующими еди­ницами измерения или мерами и разделяются на две группы - лаборатор­ные и технические. Лабораторные меры и измерительные приборы харак­теризуются установленной точностью, и при их применении в результат измерения следует вносить поправки в соответствии с паспортными дан­ными, а также учитывать влияние внешних факторов. Для технических мер и измерительных приборов точность принимается заранее заданной, и в ре­зультат измерения, который считается точным в установленных техниче­скими условиями или государственными стандартами пределах нормируе­мых метрологических характеристик, не требуется вносить какие-либо по­правки.

В общем случае под измерительным прибором понимается средство измерения, предназначенное для выработки сигналов измерительной ин­формации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблю­дателем. По способу выдачи информации измерительные приборы могут быть показывающими или регистрирующими, а при наличии устройств сигнализации - сигнализирующими.

Метрологические характеристики измерительных устройств, опреде­ляющие достоверность получаемой информации, т.е. главную функцию средств измерений, служат основными критериями их качества. В число нормируемых метрологических характеристик средств измерений входят следующие показатели:

1. Пределы измерения (в виде номинальной статической характери­стики, наименьшей цены деления неравномерной шкалы измерительного устройства, выходного кода или номинальной цены единицы измерения).

2. Нормы точности измерения (погрешности средств измерения, ди­намические характеристики, чувствительность, стабильность и вариация показаний и т.д.).

3. Виды, способы, выражения и методы нормирования погрешностей.

4. Методы аттестации и испытаний.

Под номинальной статической характеристикой средства измерения понимается функциональная зависимость выходного сигнала (перемеще­ние отсчетного устройства и т.п.) от измеряемого параметра А (выходного сигнала) при заданных внешних условиях и в установившемся состоянии системы. Статическая характеристика будет линейной лишь в случае по­стоянства дифференциальной чувствительности S для всего рабочего диа­пазона значений А, когда

dN df (A)

S = = = const (2 3)

dA dA

Минимальное значение X₀ измеряемой величины, которое способно вызвать наименьшее заметное перемещение указателя или изменение вы­ходной величины, называется порогом чувствительности.

Под постоянной прибора понимается число единиц измерения, на ко­торое надо умножить отсчет (число, определяемое положением отсчетного устройства) для получения показания в определенных единицах измере­ния. В большинстве измерительных приборов отсчетные устройства вы­полнены в виде шкалы и указателя. Шкала представляет собой совокуп­ность отметок, расположенных вдоль какой-либо линии. Начало и конец шкалы, соответствующие нижнему и верхнему пределам измерения, опре­деляют диапазон измерения. Инерционность средств измерений в процессе перехода параметра от одного установившегося значения к другому оце­нивается динамическими характеристиками, такими, как постоянная вре­мени, время установления показаний и т.п. Важными характеристиками измерительных устройств являются погрешности.

Погрешностью из­мерительного устройства называется разность между результатом из­мерения X некоторой величины и ее действительным значением Х₀:

А = X - Х₀, (2.4)

где А - есть основная количественная характеристика измерения, называе­мая абсолютной погрешностью. Относительная погрешность, равная от­ношению абсолютной погрешности к действительному значению измеряе­мой величины, выражается в процентах:

δ = 100/Хо

В связи с этим погрешно­сти измерительных устройств могут быть классифицированы так:

статические и динамические, в зависимости от условий и режимов эксплуатации;

систематические, случайные и грубые, в зависимости от характера их проявления и возможностей устранения.

Статической погрешностью называется погрешность, возникающая при установившемся значении измеряемой величины и неизменных внеш­них условиях.

Динамической погрешностью называется погрешность, возникающая при изменении измеряемой величины и внешних воздействий.

Систематическими погрешностями называются постоянные по вели­чине и знаку или изменяющиеся по определенному закону погрешности, повторяющиеся при многократных измерениях. Систематические погреш­ности определяются путем многократных измерений одной и той же вели­чины при постоянных прочих условиях и устраняются посредством регу­лировочных устройств или введением коррекции с помощью специальных элементов. Систематические погрешности подразделяют на прогресси­рующие и периодические. Прогрессирующими называются непрерывно возрастающие или убывающие погрешности. К ним относятся погрешно­сти от износа деталей, контактов и т.п. Периодическими называются по­грешности, изменяющиеся по величине и знаку, возникающие при функ­ционировании измерительных устройств.

Случайные погрешности представляют собой погрешности, неопреде­ленным образом изменяющиеся по величине и знаку. Они определяют точность измерительного устройства. По случайным погрешностям произ­водится оценка точности как самих измерительных устройств, так и мето­дов измерения. Вследствие случайной погрешности истинное значение из­меряемой величины неизвестно, поэтому при подсчете случайных погреш­ностей за измеренное значение принимают среднее арифметическое X из полученных N измерений Xi,

2.1. Информационная характеристика процесса измерения

Всякое измерение можно рассматривать как цепь преобразований из­меряемой величины до тех пор, пока результат измерений не будет пред­ставлен в том виде, который требовалось получить.

Процесс измерения характеризуется передачей информации о значе­нии измеряемой величины от одного носителя ее к другому, т.е. преобра­зованием информации о значении измеряемой величины в результат изме­рений. Это означает, что в информационном аспекте измерение можно рассматривать как процесс приема и преобразования информации от изме­ряемой величины в целях получения количественного результата путем сравнения с принятой шкалой или единицей измерения в форме, наиболее удобной для дальнейшего использования ее человеком и машиной.

Для ус­тановления связи между точностью измерений и количеством получаемой при измерениях информации используют основные положения теории ин­формации. При этом под термином "информация" понимают совокупность сведений о каком-либо объекте, процессе или явлении, в общем случае - о физической системе.

Задачей получения информации является устранение неопределенности в наших представлениях о состоянии некоторой физи­ческой системы и установление количественных закономерностей, связан­ных с получением, обработкой и хранением информации.

Таким образом, получение любой информации, в том числе и измери­тельной, теория информации рассматривает как устранение некоторой не­определенности, а количество информации рассматривается как разность ситуации до и после получения данного сообщения. В настоящее время, по мнению специалистов, развивающих и использующих информационную теорию измерительных устройств, использование методов теории инфор­мации обеспечит более эффективную оценку качества приборов.

2.2. Надзор за измерительной техникой

Обеспечение единства измерений и поддержания в надлежащем со­стоянии средств измерений во всех отраслях народного хозяйства осуще­ствляется единой метрологической службой страны, возглавляемой Гос­стандартом РФ и состоящей из государственной метрологической службы и ведомственных метрологических служб. Государственная метрологиче­ская служба имеет ряд научно-исследовательских институтов и управле­ний Госстандарта РФ. В ведении последних находятся территориальные центры метрологии и стандартизации, межобластные, областные (краевые) и межрайонные лаборатории государственного надзора за стандартами и измерительной техникой.

Основными задачами государственной метрологической службы яв­ляются: - осуществление государственного надзора за измерительной тех­никой,

- разработка нормативно-технических документов государственной системы обеспечения единства измерений (ГСИ) и контроль за их выпол­нением,

- создание и совершенствование эталонной базы и парка образцо­вых средств измерений,

ГСИ представляет собой ком­плекс установленных государственными стандартами правил, положений, требований и норм, определяющих организацию и методику работ по оценке и обеспечению точности измерений. Эти стандарты регламентиру­ют: единицы физических величин, методы и средства воспроизведения этих единиц и передачи их размеров рабочим средствам измерений, спосо­бы выражения нормируемых метрологических характеристик средств из­мерений и показателей точности результатов измерений; требования к ме­тодике выполнения измерений; порядок и методику проведения государст­венных испытаний, поверки и ревизии средств измерений.

Одной из основных обязанностей государственной метрологической службы является обеспечение государственного надзора за измерительной техникой. Надзору подлежат: производство, состояние, эксплуатация и ре­монт мер и измерительных приборов, а также деятельность ведомственных метрологических служб. Органы Госстандарта РФ имеют право запрещать выпуск в обращение средств измерений, не соответствующих требованиям государственных стандартов и технических условий, изымать из обраще­ния непригодные меры и измерительные приборы, производить обязатель­ную государственную поверку средств измерений, производить государст­венные испытания и аттестацию новых измерительных приборов.

Все ме­ры и измерительные приборы, предназначенные для серийного производ­ства и выпуска в обращение, подвергаются государственным испытаниям. В процессе испытаний устанавливается соответствие приборов запросам народного хозяйства, современному уровню измерительной техники и тре­бованиям стандартов. При положительных результатах государственных испытаний приборов Госстандарт РФ разрешает их производство и выпуск в обращение и включает в государственный реестр.

Для обеспечения необходимой точности измерений установлен опре­деленный порядок организации и проведения поверки средств измерений. Все средства измерений подлежат государственной или ведомственной поверке.

Государственной поверке, выполняемой системой Госстандарта РФ, подвергаются средства измерения, применяемые в органах государствен­ной метрологической службы, исходные образцовые приборы, используе­мые в органах ведомственных метрологических служб, а также рабочие средства измерений, применяемые для учета и взаимных расчетов, обеспе­чения техники безопасности охраны окружающей среды и здоровья насе­ления. Перечень рабочих средств измерений, подлежащих обязательной государственной поверке, и периодичность этой поверки для отдельных групп приборов устанавливаются Госстандартом РФ.

Ведомственная поверка осуществляется органами ведомственных метрологических служб отдельных предприятий, организаций и учрежде­ний, имеющих разрешение органов Госстандарта РФ на проведение пове­рочных работ. Этой поверке подлежат все средства измерений, используе­мые в народном хозяйстве, не охватываемые государственной поверкой. Поверка средств измерений проводится в соответствии с требованиями Го­сударственных стандартов, инструкций и методических указаний Госстан­дарта РФ к методам и средствам поверки. Приборы, признанные в резуль­тате поверки не отвечающими своему классу точности или неисправными, не допускаются к дальнейшему применению до устранения выявленных недостатков. На приборы, признанные годными, наносятся клейма или вы­писываются свидетельства. При необходимости ограничить доступ к меха­низмам приборов. После их поверки корпуса приборов пломбируются.

При участии в государственных комиссиях по приемке вновь смонтированного и реконструированного технологического оборудования взрывопожаро­опасных производств с наличием средств автоматики работникам пожар­ной охраны необходимо обращать внимание на выполнение требований соответствующих нормативных документов Госстандарта по поверке при­боров и их клеймению. Это снижает возможность взрывопожароопасных ситуаций на объектах, а в случае пожара и взрыва приборы, прошедшие поверку, будут объективно отражать предаварийную ситуацию и ход раз­вития аварии, приведшей к пожару.

ПРИБОРЫ КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ

ПРОЦЕССОВ

3.1. Контрольно-измерительные приборы температуры

Для измерения температуры используют изменение какого-либо фи­зического свойства тела, однозначно зависящего от его температуры и лег­ко поддающегося измерению.

К числу свойств, положенных в основу работы приборов для измере- ния температуры, относятся: объемное расширение тел, изменение давле­ния вещества в замкнутом объеме, возникновение термоэлектродвижущей силы, изменение электрического сопротивления проводников и полупро­водников, интенсивность излучения нагретых тел и др.

В зависимости от физических свойств, на которых основано действие приборов для измерения температуры, различают:

1. Термометры расширения, построенные по принципу измене­ния объема жидкости или линейных размеров твердых тел при изменении температуры. Применяются для измерения температуры от -190 до +500 ⁰С.

2. Манометрические термометры, основанные на изменении давления жидкости, газа или пара в замкнутом объеме при изменении тем­пературы. Применяются для измерения температур от -120 до +600 ⁰С.

3. Термоэлектрические пирометры (термопары), прин­цип действия которых основан на возникновении электродвижущей силы при изменении температуры одного из спаев замкнутой цепи разнородных термоэлектродов. Применяются для измерения температуры от -200 до +2000 ⁰С.

4. Термометры сопротивления, основанные на изменении электрического сопротивления проводника или полупроводника при изме­нении температуры. Применяются для измерения температуры от -200 до +650 ⁰С.

5. Пирометры излучения, работающие по принципу изменения интенсивности излучения нагретых тел в зависимости от изменения тем­пературы. Применяются для измерения температур от +600 до +6000 ⁰С.

3.2. Контрольно-измерительные приборы давления

Давление определяется отношением силы, равномерно распределен­ной по площади и нормальной к ней, к размеру этой площади. В зависимо­сти от измеряемой величины приборы для измерения давления делятся на:

манометры - для измерения средних и больших избыточных давлений;

вакуумметры - для измерения средних и больших разрежений;

мановакуумметры - для измерения средних и больших давлений и разрежений;

напоромеры - для измерения малых избыточных давлений;

тягомеры - для измерения малых разрежений;

тягонапоромеры - для измерения малых избыточных давлений и

разрежений;

дифманометры - для измерения разности перепада давлений;

барометры - для измерения атмосферного давления.

По принципу действия различают следующие приборы для измерения давления: жидкостные, пружинные, поршневые, электрические радиоак­тивные.

Жидкостные приборы. В этих приборах измеряемое давление или разрежение уравновешивается гидростатическим давлением столба рабо­чей жидкости, в качестве которой применяются ртуть, вода, спирт и др.

Пружинные приборы. Измеряемое давление или разрежение уравно­вешивается силами упругого противодействия различных чувствительных элементов (трубчатой пружины, мембраны, сильфона и т.п.), деформация которых, пропорциональная измеряемому параметру, передается посред­ством системы рычагов на стрелку или перо прибора.

Поршневые манометры. Давление определяется по значению на­грузки, действующей на поршень определенной площади, перемещаемый в заполненном маслом цилиндре; поршневые манометры имеют высокие классы точности, равные 0,02; 0,05; 0,2 .

Электрические приборы. Действие этих приборов основано на изме­рении электрических свойств (сопротивление, емкость, индуктивность и т.п.) некоторых материалов при воздействии на них внешнего давления.

Пьезоэлектрические приборы. В этих приборах используется пьезо­электрический эффект, заключающийся в возникновении электрических зарядов на поверхности некоторых кристаллов (кварца, сегнетовой соли, турмалина) при приложении к ним силы в определенном направлении.

Радиоактивные приборы. Давление определяется изменением сте­пени ионизации или степени поглощения у-лучей при изменении плотно­сти вещества.

3.3. Контрольно-измерительные приборы уровня

Уровнемеры для жидкостей по принципу действия делятся на указа­тельные стекла, поплавковые, гидростатические, электрические и радиоак­тивные.

Указательные или уровнемерные стекла представляют собой вер­тикально расположенную стеклянную трубку, в которой жидкость, как в сообщающихся сосудах, устанавливается на той же высоте, что и в аппара­те. Указательные стекла применяются для местного измерения уровня в аппаратах.

Поплавковые уровнемеры. В этих приборах чувствительным эле­ментом является поплавок с меньшим (плавающий) или большим (по­гружной) удельным весом, чем жидкость. Изменение уровня жидкости в аппарате вызывает перемещение поплавка, которое при помощи системы рычагов, тяг и тросов передается указателю, движущемуся по шкале, или вторичному прибору для отсчета, записи.

Гидростатические уровнемеры служат для измерения гидростатиче­ского давления столба жидкости, уровень которой определяется. Различа­ют гидростатические пьезометрические и дифманометрические уровнеме­ры. Действие гидростатических пьезометрических уровнемеров основано на использовании давления воздуха или газа, барботирующего через слой жидкости с измеряемым уровнем при изменении последнего.

Действие гидростатических дифманометрических уровнемеров осно­вано на определении уровня по давлению столба измеряемой жидкости, которое уравновешивается давлением постоянного столба жидкости.

Электрические уровнемеры. Наиболее широко распространены уровнемеры емкостные и омические.

В электрических емкостных уровнемерах чувствительным элементом является конденсатор, обкладки которого располагаются с противополож­ных сторон вертикальной трубки из диэлектрика, соединенной с аппаратом подобно сообщающимся сосудам. Если одной обкладкой конденсатора яв­ляется электрод, то другой - стенка аппарата. При изменении уровня жид­кости емкость конденсатора, включенного в одно из плеч моста перемен­ного тока, изменяется, и на вход вторичного прибора подается сигнал, пропорциональный величине измеряемого уровня.

Действие электрических омических уровнемеров, применяемых для определения уровня электропроводных жидкостей, основано на измерении сопротивления между электродами соответствующей формы, введенными в жидкость. При этом сопротивление слоя жидкости между электродом и корпусом или между двумя электродами зависит от высоты уровня жидко­сти в аппарате.

Радиоактивные уровнемеры. Измерение уровня жидкости основано на измерении интенсивности поглощения у-частиц при изменении уровня жидкости.

3.4. Контрольно-измерительные приборы расхода

Объемным расходом g называют объемное количество вещества V, которое протекает через поперечное сечение трубопровода в единицу времени т,

X

Весовым (массовым) расходом G называется количество ве­щества G, протекающего через сечение трубопровода в единицу времени т,

G = VP

X

Объемный расход можно выразить через весовой:

где р - плотность вещества, кг/м³.

Приборы, предназначенные для измерения расхода, называются рас - ходомерами, а измеряющие количество вещества, которое протекает через поперечное сечение трубопровода в течение отрезка времени, - счетчиками.

По принципу действия расходомеры можно разделить на расходомеры переменного и постоянного перепадов давлений, переменного уровня.

Расходомеры переменного перепада давлений. Действие этих при­боров основано на возникновении перепада давлений на установленном внутри трубопровода сужающемся устройстве постоянного сечения. Раз­ность статических давлений до и после сужающегося устройства (перепад давлений), измеряемая дифференциальным манометром, зависит от расхо­да протекающего вещества и может служить мерой расхода.

Расходомеры постоянного перепада давлений (ротаметры). Дейст­вие этих приборов основано на перемещении чувствительного элемента (поплавка), установленного в вертикальной конической трубке; через нее снизу подается вещество, расход которого измеряется. При изменении рас­хода жидкости, газа или пара поплавок перемещается вверх и изменяется проходное отверстие трубки. Высота подъема поплавка функционально связана с расходом. При этом перепад давления на поплавке при переме­щении его вдоль оси трубки остается практически постоянным.

Расходомеры переменного уровня. Действие этих приборов основа­но на изменении высоты уровня жидкости в сосуде при непрерывном по­ступлении и свободном истечении ее из сосуда.

Существуют и другие виды расходомеров, действие которых основано на некоторых физических закономерностях (изменении электрических па­раметров, теплоотдачи к потоку, уменьшении интенсивности ультразвука или радиоактивного излучения в зависимости от расхода).

3.5. Автоматический уравновешенный мост

Уравновешенный мост предназначен для непрерывного измерения, записи и регулирования температуры. Он работает в комплекте с термо­метрами сопротивлений стандартных градуировок, т.е. имеет соответствие заданного предела измерения - градуировки термометра сопротивлений. Это означает, что каждому прибору соответствует определенная группа термометров сопротивлений единой градуировки. Сущность действия тер­мометров сопротивления основана на зависимости его электрического со­противления от температуры.

Принципиальная измерительная схема рассматриваемого прибора - мостовая. Измерения неэлектрических величин электрическими методами очень широко распространены в электротехнике и автоматике. Мостовой измерительной схемой пользуются более 100 лет, а возможность измере­ния

Под условием равновесия подразумевается такое соотношение сопро­тивлений моста, при которой на вершинах измерительной диагонали раз­ность потенциалов U_bd = 0 ив цепи измерения отсутствует выходной сиг­нал. Состоянию U_bd = 0 соответствует равенство падений напряжений со­ответственно в прилежащих плечах, т.е.

Ui = U4 и U2 = U3. (3.1)

По закону Ома

Ui = I1R1; U2 = I1R2; U3 = I2R3; U4 = I2R4. (3.2)

Подставляя в равенство падений напряжений (3.1) их значения, выра­женные через токи и сопротивления (3.2), и поделив почленно, получаем:

I1R1/I1R2 = WI2R3 (3.3)

или, сократив значения токов I₁ и I₂, имеем равенство:

R1R3 = R2R4, (3.4)

которое называется классическим условием равновесия мостовой схемы, читаемое так: "Если произведения сопротивлений противолежащих плеч мостовой схемы равны между собой, то на вершинах измерительной диа­гонали отсутствует разность потенциалов". Этот метод называется нуле- вымметодом измерения сопротивлений.

Принципиальная схема равновесного моста приведена на рис. 3.2.

Рис. 3.2. Измерительный мост: Rp - реохорд; НИ - нуль-индикатор

Медный или платиновый термометр сопротивления R_t, электрическое сопротивление которого должно быть измерено, включается в одно из плеч

моста при помощи соединительных проводов, имеющих сопротивления R. Другие плечи моста состоят из постоянных манганиновых сопротивлений Rmt и переменного калиброванного сопротивления реохорда R_p, выполнен­ного также из манангина. К одной диагонали моста подведено питание по­стоянного или переменного тока, в другую включен нуль-индикатор. При равновесии моста удовлетворяется равенство:

R\Rt = R2R4, (3.5)

откуда с учетом сопротивлений реохорда запишем:

(Rx+rx)Rt = (R2+r2)R4. (3.6)

В этом случае разность потенциалов между точками bd равна нулю, ток не протекает через нуль-гальванометр и его стрелка установится на ну­левой отметке. При изменении температуры электрическое сопротивление термометра сопротивления изменится и мост разбалансируется. Чтобы восстановить равновесие, необходимо при постоянных сопротивлениях Ri, R₂ и R₄ изменить величину сопротивления реохорда, переместив его под­вижный контакт.

Таким образом, если откалибровать сопротивление реохорда, то по положению его движка при равновесии моста можно судить о величине сопротивления R₁, следовательно, об измеряемой температуре.

Рассмотрим принципиальную схему автоматического электронного самопишущего равновесного моста переменного тока (рис. 3.3).

Рис. 3.3. Принципиальная схема электронного равновесного моста

электрическое сопротивление. Измерительный мост, состоящий из посто­янных и переменных сопротивлений (R₁, R₂ и R₄) и питающийся напряже­нием (6,3 В) от одной из обмоток силового трансформатора, разбалансиру­ется, и в диагонали моста между точками b и d появится напряжение неба­ланса U_bd. Последнее подается на вход электронного усилителя (ЭУ), где усиливается по напряжению и мощности, затем поступает на реверсивный двигатель РД и приводит в движение его ротор. Вращаясь в ту или иную сторону, в зависимости от знака разбаланса, ротор реверсивного двигателя перемещает механически с ним связанные движок реохорда R_p, стрелку и перо по шкале прибора до тех пор, пока измерительный мост не придет в состояние равновесия. Напряжение на входе электронного усилителя (ЭУ) в этом случае станет равным нулю, электродвигатель РД остановится, а прибор покажет измеряемую температуру.

Точность показаний прибора зависит от подгонки сопротивлений про­водов, соединяющих термометр сопротивления с автоматическим равно­весным мостом. Для подгонки сопротивлений соединительных проводов до градуировочного значения служат сопротивления R_y и R'_y величиной до 2,5 Ом каждое. При градуировке приборов сопротивление каждого прово­да, идущего от термометра до прибора, принято (2,5+0,01) Ом. Если сопро­тивление каждого провода будет меньше 2,5 Ом, то в соединительную ли­нию последовательно включается добавочное сопротивление, дополняю­щее сопротивление каждого провода до 2,5 Ом.

В производственных условиях термометр сопротивления может нахо­диться на значительном удалении от вторичного прибора, при колебаниях температуры среды величина их сопротивления будет изменяться, что приведет к дополнительной погрешности в показаниях автоматического равновесного моста. Для устранения погрешности применяется трехпро­водная схема соединений термометра сопротивления с вторичным прибо­ром, заключающаяся в том, что точка с (рис. 3.4) переносится непосредст­венно к термометру сопротивления. При таком соединении сопротивление

провода R прибавляется к плечу измерительного моста, а сопротивление

R к плечу с постоянным сопротивлением. Тогда условие равновесия мос­товой схемы будет иметь вид:

(R1+rR1)(Rt+R_l) ) = (R2+rR₂+R^)R4. (3.7)

Измерительная схема автоматического равновесного моста может также питаться от сухой батареи постоянного тока или от аккумулятора с напряжением 1,2-1,5 В. В таком случае электронный усилитель прибора должен иметь вибропреобразователь для преобразования сигнала небалан­са постоянного тока в переменный с целью его последующего усиления.

В связи с этим равновесные мосты постоянного тока применяются при возможном появлении в измерительной цепи различных наводок (на­пример, при монтаже термометра сопротивления в электропечах или мес­тах с большими магнитными полями). Кроме того, мосты постоянного тока используют в тех случаях, когда по условиям эксплуатации приборов и пожарной безопасности их питание осуществляется маломощными источ­никами постоянного тока.

Конструктивно автоматический самопишущий равновесный мост представляет собой стационарный прибор, все узлы которого размещены внутри стального корпуса. Запись показаний осуществляется на диаграмм­ной бумаге, перемещаемой синхронным двигателем.

Промышленность выпускает показывающие и записывающие на дис­ковой диаграмме автоматические равновесные мосты, показывающие и за­писывающие на ленточной диаграмме мосты КСМ2, КСМ3, КСМ4, пока­зывающие мосты с вращающейся шкалой и другие модификации. Принци­пиальные схемы их подобны рассмотренной схеме автоматического равно­весного моста и отличаются только конструкцией отдельных узлов.

Однако рассмотренный выше тип электронного прибора имеет и ряд недостатков:

малый диапазон измерения температуры (до 600 ⁰С);

термометр сопротивления, устанавливаемый в технологических аппаратах, должен размещаться в объеме продукта;

вторичный прибор не имеет специальных средств взрывозащиты и ус­танавливается только в помещениях КИПиА.

3.6. Автоматический потенциометр

Автоматический потенциометр предназначен для измерения, записи и регулирования температуры. Работает он в комплекте с термопа­рами стандартных градуировок, применяется для измерения температур от -200 до + 2000 ⁰С. В качестве конструкционных материалов для электро­дов термопары используются: железо-копель, копель-алюмель, хромель- алюмель, платина-платинородий и др. Зависимость термоэлектродвижу­щей силы (ТЭДС) от изменения температуры носит линейный характер.

В электронных потенциометрах применяется потенциометрический (компенсационный) метод измерения, который основан на уравновешива­нии (компенсации) измеряемой ТЭДС известной разностью потенциалов, образованной вспомогательным источником питания.

Из принципиальной схемы (рис. 3.5) видно, что термопара подключе­на так, что ее ток на участке Rад идет в том же направлении, что и от ис­точника питания Б, а разность потенциалов между точкой А и любой про­межуточной точкой Д пропорциональна сопротивлению Rад.

Передвигая подвижный контакт Д, при условии, что Eju < Еб, можно найти такое его положение, при котором ток в цепи термопары будет равен 0, т.е. ТЭДС термопары может быть измерена значением падения напря­жения на участке сопротивления RAд. Схема такого вида широко использу­ется для измерения температуры в переносных приборах.

Недостаток рассмотренной схемы состоит в том, что ТЭДС зависит от постоянства тока в цепи реохорда.

Варьирование рабочего тока в цепи реохорда может вносить погреш­ности в результаты измерения. Установка необходимой величины рабочего тока и контроль его постоянства производят также компенсационным ме­тодом (рис. 3.6).

Схема имеет три цепи:

цепь источника тока (источник тока Б, установочное сопротивление, постоянное сопротивление, реохорд с подвижным контактом Д);

цепь нормального элемента (нормальный элемент НЭ, постоянное со­противление, измерительный прибор ИП);

цепь термопары (термопара ТП, измерительный прибор ИП, часть пе­ременного сопротивления реохорда).

В режиме контроля переключатель устанавливают в положение К, подключая нормальный элемент к концам сопротивления Rh.3 (ЭДС источ­ника питания Б направлена навстречу ЭДС нормального элемента). При снижении величины рабочего тока его регулируют установочным сопро­тивлением и добиваются такого положения, при котором разность потен­циалов на концах сопротивления Rh.3 не станет равна ЭДС нормального элемента. Ток в цепи измерительного прибора станет равным нулю. Если R_ycT не удается установить рабочий ток, то батарею заменяют. В режиме измерения переключатель устанавливают в положение И, подключая тем самым термопару последовательно с нормальным элементом, реохордом в точке А и подвижным контактом Д. ТЭДС термопары в этом случае будет направлена в противоположную сторону ЭДС источника Б. Перемещая контакт Д, находят такое его положение, при котором разность потенциа­лов между точкой А и контактом Дреохорда равна ТЭДС термопары.

В приборах серии ГСП питание измерительной схемы осуществляется стабилизированным источником, что упрощает конструкцию и эксплуата­цию.

В отличие от лабораторных переносных приборов движок реохорда автоматическ