Общие сведения. Нормирующие измерительные преобразователи относятся к функциональной группе средств получения информации и предназначены для преобразования естественных

Нормирующие измерительные преобразователи относятся к функциональной группе средств получения информации и предназначены для преобразования естественных выходных сигналов первичных измерительных преобразователей в унифицированный выходной сигнал (табл. 1).

Тип первичного преобразователя	Вид выходного сигнала первичного преобразователя	Тип нормирующего преобразователя	Выходной сигнал нормирующего преобразователя
Тензорезисторный	Сопротивление, Ом	ПА-1	0-1В
Дифференциально-трансформаторный	Индуктивность, мГ	НП-ПЗ	0-5 мА
Терморезистивный	Сопротивление, Ом	Ш71,Ш71-И, ПТ-ТС-68	0-5 мА. 0-10В
Термоэлектрический	ЭДС, мВ	Ш72, Ш72-И, ПТ-ТП-68	0-5 мА, 0-10В 0-5 мА
Реохордный	ЭДС, мВ	Ш73, HP-PI	0-5 мА, 0-10В

В качестве унифицированных сигналов используют:

· постоянный ток, изменяющийся от 0-5мА (0-20, 4-20 мА) при изменении сигнала от первичного преобразователя от 0 до 100% диапазона измерений.

· напряжение постоянного тока, изменяющееся в диапазонах 0-1 В; 0-10 В

Таблица 1

 

Сигналы 0–5 мА используют при длине линий связи до 5 км, а 0–20 (4-20) - до 20 км.

Токовые сигналы обладают хорошей помехозащищенностью. Наиболее широко используется диапазон 4-20 мА, т.к. позволяет достаточно просто контролировать обрыв линий связи. Кроме того, нормирующие преобразователи используются в системах дистанционного контроля т.к. выходные сигналы измерительных преобразователей имеют малую мощность, и их передача на большие расстояния в ряде случаев затруднена.

Унификация выходного сигнала первичного преобразователя позволяет резко сократить номенклатуру вторичных приборов, обеспечить их взаимозаменяемость и разработать информационно-измерительные комплексы с применением ЭВМ.

 

2. Нормирующие преобразователи термоЭДС

В основу работы положен компенсационный метод измерения термоЭДС с использованием схемы потенциометра с переменной силой рабочего тока. Схема преобразователя приведена на рис. 2.1. Здесь I – контур измерений; II – контур компенсации. Контур I содержит корректирующий мост КМ, усилитель У1 с токовым выходом I _вых, резистор R_ОС и термопару Е _АВ (t, t ₀). Корректирующий мост предназначен для введения автоматической поправки на изменение температуры свободных концов ТЭП, а также компенсации начальной термоЭДС в преобразователях, нижний предел измерения которых не равен 0°С.

Корректирующий мост представляет собой электрический неравновесный мост с постоянными манганиновыми резисторами R ₁, R ₂, R ₃и медным резистором R _M. Диагональ ab питания моста подключена к стабилизированному источнику питания U_пит. Напряжение этого источника выбирается в зависимости от градуировки подключаемой термопары. Измерительная диагональ cd корректирующего моста включена в разрыв между электродом термопары и соединительным проводом. При температуре свободных концов ТЭП, а, следовательно, и резистора R_M расположенного рядом с концами удлинительных проводов, равной 0°С, мост находится в равновесии, т. е. напряжение в диагонали cd равно нулю. Если температура свободных концов, например, выросла и стала t₀', то сопротивление резистора R_M,, также вырастет, в результате чего в диагонали появится напряжение U _cd. Это возникшее напряжение компенсирует недостающую термоЭДС, т. е. U_cd =E_AB(t ₀ ',t ₀ ).

Усилитель У1 состоит из двух каскадов: магнитного УМ, выполненного по двухтактной двухполупериодной схеме, и полупроводникового усилителя УП, работающего в режиме усиления постоянного тока Усилитель У1выполняет функции нуль-индикатора.

Контур компенсации II включает в себя резистор R_ос и усилитель обратной связи У2. Этот усилитель аналогичен усилителю У1, но включен с глубокой отрицательной связью по выходному току усилителя. Выходной ток I _ос усилителя У2 является рабочим током контура II и при прохождении этого тока по сопротивлению R_ос на нем создается компенсирующее напряжение:

U _ос = I _ос R _ос. (1)

Со стороны контура I к резистору R _осподводится сигнал ТЭП Е _АВ(t, t ₀), сложенный с напряжением U_cd, создаваемым в измерительной диагонали корректирующего моста. Таким образом, этот суммарный сигнал, сравнивается с напряжением U _oc. Небаланс, равный:

∆U = E_AB (t, t ₀) +U _cd – U _oc,(2)

подается на усилитель У1. Выходной сигнал усилителя У1 создает ток I _вых, который поступает во внешнюю цепь R_н и далее – в усилитель обратной связи У2. Выходной ток I _ос усилителя У2 изменяется и изменяет падение напряжения U _ocна резисторе r oc до тех пор, пока небаланс ∆U не достигнет некоторой малой величины δ U, называемой статической ошибкой компенсации.

Наличие статической ошибки компенсации приводит к тому, что в контуре измерения I проходит недокомпенсированный ток. При этом, чем больше измеряемая термоЭДС, тем больше этот ток.

Исключить эту ошибку в устройствах, выполненных по статической автокомпенсационной схеме, принципиально невозможно, так как выходной ток преобразователя I _вых и ток контура компенсации I _ос определяются наличием этой ошибки и пропорциональны ей. В то же время статическая ошибка автокомпенсационной схемы может быть значительно уменьшена, если использовать усилитель с большим коэффициентом усиления.

Рассмотрим математическую связь между измеряемой термоЭДС Е _АВ(t, t ₀)и выходным током преобразователя I _вых.

На вход усилителя У1 поступает напряжение:

(3)

На выходе усилителей У1 и У2 формируются соответственно токи:

(4)

(5)

где k ₁и k ₂ – коэффициенты усиления усилителей У1 и У2; R _вх - сопротивление входной цепи усилителя У1,

Падение напряжения на резисторе R _ocсоставит:

(6)

Тогда, с учетом (3), (4) и (6) можно записать:

(7)

или

(8)

где k – коэффициент преобразования нормирующего преобразователя.

В зависимости от диапазона входного сигнала нормирующие преобразователи, работающие в комплекте с ТЭП, имеют классы точности 0,4 –1,5.