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 RОС 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 Uпит. 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 RM 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 RM,, также вырастет, в результате чего в диагонали появится напряжение U cd. Это возникшее напряжение компенсирует недостающую термоЭДС, т. е. Ucd =EAB(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 Rос 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 Rос 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 Ucd, создаваемым в измерительной диагонали корректирующего моста. Таким образом, этот суммарный сигнал, сравнивается с напряжением U oc. Небаланс, равный:
∆U = EAB (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 Rн 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.
