Конструкция электронного автоматического моста и его измерительная схема

Цель лабораторной работы

Изучение принципа действия и устройства электронного автоматического моста.

Описание принципа действия термометров сопротивления

Принцип действия термометров сопротивления основан на изменении электрического сопротивления проводника при изменении температуры. Зная зависимость сопротивления от температуры, можно по его измере­нию определять температуру среды, в которую помещен термометр сопротивления.

Известно, что при нагреве металлы увеличивают сопротивление от 0,4–0,6% на 1⁰С, а окислы металлов (полупроводники) уменьшают свое сопротивление в 8–15 раз по сравнению с металлами. Графически это выглядит так (рис.1).

Рис. 1 — Зависимость сопротивления термометров от температуры

(СU — медный; Pt — платиновый; КМТ — полупроводниковый)

 

Зависимость сопротивления металлов от температуры в небольшой интервале температур определяется уравнением:

R_t = R_t^’ * [1 + α * (t − t^’)];                              (1)

где, R_t — сопротивление металлического проводника при температуре;

R_t^’ — сопротивление того же проводника при температуре;

(t – t^’) — интервал измерения температур;

α — коэффициент температурного сопротивления.

Конструкция электронного автоматического моста и его измерительная схема

Электронные уравновешенные мосты переменного тока предназначены для измерения, записи и регулирования (при наличии регулирующего устройства) температуры и других величин, измерение которых может быть преобразовано в изменение активного сопротивления. Прибор состоит из следующих основных блоков: корпуса, каретки с пером, усилителя, панели внешних коммутаций лентопротяжного механизма, регулирующего устройства, измерительного механизма.

Терморезисторы — нелинейные резисторы, изготовленные из полупроводниковых материалов, имеющих большой температурный коэффициент сопротивления (ТКС). У большинства терморезисторов ТКС отрицательный (−4,2 до −8,4 %/ ^°С). Терморезисторы с положительным ТКС называют позисторами.

В зависимости от применяемого полупроводникового материала терморезисторы разделяют:

Кобальто-марганцевые КМТ (начальное сопротивление R_н от 22 до 1000 КОм, ТКС от −4.2 до −8.4 интервал рабочих температур от −60 до +180^°С);

медно-марганцевые ММТ (R_н = 1–220 кОм, ТКС от −2.4 до −5, интервал рабочих температур от −10 до +500 ^°С);

титанобариевые с положительным ТКС - СТ5 (R_н = 0,02–0,14 кОм, ТКС = 20, −20 – +200 ^°С).

В основу работы электронных автоматических мостов «КСМ2» положен нулевой метод измерения сопротивления.

Измерительная схема автоматического электронного равновесного моста «КСМ2» представлена на рисунке 2.

Рис. 2 — Измерительная схема автоматического электронного равновесного моста «КСМ2»

Измерительная схема уравновешенного моста состоит из резисторов, имеющих следующие назначения:

R_p — реохорд, калиброванное сопротивление;

R_ш — шунтирующее сопротивление, для ограничения тока, протекающего через реохорд;

R_к — резистор для задания верхнего предела измерений;

R_н — резистор для задания начала шкалы;

R₁, R₂, R₃ — постоянные сопротивления;

R_б — сопротивления в диагонали питания, для ограничения тока;

R_t — термометр сопротивления;

R_л — резисторы для подгонки сопротивления линии связи до 2,5 Ом.

К точкам подключен источник питания — напряжение переменного тока 6,3 В. Подключение термометра к прибору производится по трехпроводной схеме. В этом случае сопротивление проводов распределяется между двумя прилегающими плечами моста. Применение трехпроводной схемы для присоединения термометра снижает величину температурной погрешности, вызванной изменением сопротивления соединительных проводов R_л, вследствие изменения температуры окружающего воздуха.

При изменении температуры контролируемого объекта изменится сопротивление термометра R_t и нарушится равновесие измерительной схемы.

В результате в измерительной диагонали моста появится напряжение разбаланса, которое доводится усилителем до величины, достаточной для приведения в действие двигателя. Таким образом происходит автоматическое включение двигателя различных устройств и механизмов.

Ротор двигателя будет вращаться до тех пор, пока существует сигнал, вызванный разбалансом схемы. Одновременно перемещается указатель прибора по шкале и движок по реохорду до наступления равновесия в измерительной схеме. В момент равновесия измерительной схемы положение указателя на шкале определяет значение измеряемой величины, т. е. температуру контролируемого объекта в данный момент времени.

Порядок выполнения работы

Для работы в этой лабораторной работе применяются следующие клавиши: W, S, A, D — для перемещения в пространстве; F2, E — аналоги средней клавиши манипулятора (при первом нажатии берется объект, при последующем — ставится); Ctrl — присесть; F10 — выход из программы.

Левая клавиша мыши (1) — при нажатии и удерживании обрабатывается (поворачивается, переключается) тот или иной объект (рис. 3).

Средняя клавиша (2) — при первом нажатии (прокрутка не используется) берется объект, при последующем — ставится (прикрепляется).

Правая клавиша (3) — появляется курсор-указатель (при повторном — исчезает).

Примечание: При появившемся курсоре невозможно перевести взгляд вверх и стороны.

 

Рис. 3 – Функции манипулятора

 

Стартовое положение

Стартовое положение прибора в данной лабораторной работе представлено на рисунке 4.

Рис. 4 — Внешний вид электронного равновесного моста «КСМ2» в лаборатории.

Порядок действий

1. Выберите тип преобразователя переключателями на верхней части прибора (Платиновый К=50 Ом).

2. Включите прибор с помощью тумблера.

3. Выставьте исследуемое сопротивление (10 Ом) с помощью регуляторов. При этом стрелка потенциометра отклонится влево или вправо

4. Возьмите блокнот и зафиксируйте исследуемое сопротивление, нажав на карандаш.

5. С помощью регуляторов установите стрелку потенциометра на нулевую отметку. Зафиксируйте действительно сопротивление при прямом ходе, нажав на карандаш в блокноте.

6. Снова установите исследуемое сопротивление с помощью регуляторов и зафиксируйте выбор, нажав на карандаш в блокноте.

7. С помощью регуляторов установите стрелку потенциометра на нулевую отметку. Зафиксируйте действительно сопротивление при обратном ходе, нажав на карандаш в блокноте.

8. Повторите эксперимент для нескольких значений сопротивления. Результаты измерений занесите в отчет.

Значения сопротивления для выполнения лабораторной работы в режиме «Платиновый К=50 Ом»:

1 группа — 15 Ом; 23 Ом; 33 Ом; 45 Ом.

2 группа — 17 Ом; 22 Ом; 30 Ом; 47 Ом.

3 группа — 14 Ом; 28 Ом; 35 Ом; 49 Ом.

4 группа — 12 Ом; 21 Ом; 32 Ом; 40 Ом.

5 группа — 11 Ом; 24 Ом; 31 Ом; 42 Ом.

9. После завершения измерений на платиновом преобразователе выключите прибор с помощью тумблера.

10. Выберите тип преобразователя переключателями на верхней части прибора (Медный К=53 Ом).

11. Включите прибор с помощью тумблера и повторите действия с п.3 по п.8. Значения сопротивления для выполнения лабораторной работы в режиме «Медный К=53 Ом»

1 группа — 18 Ом; 25 Ом; 38 Ом; 51 Ом.

2 группа — 19 Ом; 26 Ом; 36 Ом; 50 Ом.

3 группа — 13 Ом; 29 Ом; 34 Ом; 53 Ом.

4 группа — 16 Ом; 27 Ом; 37 Ом; 48 Ом.

5 группа — 20 Ом; 23 Ом; 40 Ом; 46 Ом.

12. После завершения измерений на медном преобразователе выключите прибор с помощью тумблера.

13. Выберите тип преобразователя переключателями на верхней части прибора (Медный К=100 Ом).

14. Включите прибор с помощью тумблера и повторите действия с п.3 по п.8. Значения сопротивления для выполнения лабораторной работы в режиме «Медный К=100 Ом»

1 группа — 50 Ом; 61 Ом; 70 Ом; 83 Ом.

2 группа — 52 Ом; 63 Ом; 71 Ом; 85 Ом.

3 группа — 55 Ом; 65 Ом; 73 Ом; 90 Ом.

4 группа — 57 Ом; 67 Ом; 75 Ом; 92 Ом.

5 группа — 59 Ом; 68 Ом; 77 Ом; 95 Ом.

15. После завершения измерений на медном преобразователе выключите прибор с помощью тумблера.

Отчет по лабораторной работе должен содержать следующее:

1.Краткое описание и принцип действия электронного автоматического моста «КСМ2», его электрическая схема.

2. Порядок измерений в одном из режимов.

3. Протокол поверки шкалы прибора в пределах 0–100 ºС, согласно таблице 1.

Основную приведенную погрешность g определяют по формуле:

g = (R_t − R_И)*100 / R_t,                                 (1)

Контрольные вопросы

1. Принцип действия и устройство термометров сопротивления.

2. Электрическая схема электронного автоматического моста типа «КСМ2».

 

Таблица 1 — Протокол поверки шкалы прибора в пределах 0–100 ºС

Проверяемое значение измеряемой величины, Rt, Ом	Действительное значение входного сигнала, RИ, Ом		Погрешность поверяемого прибора в процентах нормирующего значения или в единицах измерения, %				Допустимое значение основной приведенной погрешности, %	Вывод
	При прямом ходе	При обратном ходе	Прямой ход		Обратный ход
			g		g
Платиновый К=50 Ом
1.							15
2.							15
3.							15
4.							15
5.							15
Медный К=53 Ом
1.							15
2.							15
3.							15
4.							15
5.							15
Медный К=100 Ом
1.							10
2.							10
3.							10
4.							10
5.							10

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

«Снятие кривой переходного процесса преобразователей сопротивления»

Цель лабораторной работы.

Изучение принципа действия и устройства термометров сопротивления.