طريقة المقارنة مع القياس

في تقنية القياس ، غالبًا ما تستخدم طريقة لتحسين الدقة ، والتي تعتمد على مقارنة قيمة الكمية المقاسة مع قيمة الكمية المعاد إنتاجها بواسطة مقياس خاص. في هذه الحالة ، تُقاس الإشارة (التفاضلية) المختلفة ، وبما أن القياس يحتوي عادةً على خطأ صغير ، يتم ضمان دقة قياس عالية.

هذه الطريقة هي أساس عملية قياس الجسور ومقاييس الجهد.

عادة ، يتم تعديل القيمة المعاد إنتاجها بواسطة المقياس ، وفي عملية القياس ، يتم تعيين قيمتها مساوية تمامًا لقيمة القيمة المقاسة.

عند قياس الجسور ، يتم استخدام المقاومات كمقياس - الحبال الريشية ، والتي يتم من خلالها موازنة مقاومة محول الطاقة الحراري ، والذي يتغير عندما تتغير درجة حرارة الجسم.

عادة ما يستخدم مصدر جهد ثابت مع خرج منظم في قياس فرق الجهد. في سياق القياسات ، باستخدام جهد مثل هذا المصدر ، يتم تعويض EMF الناتج عن المستشعر. في هذه الحالة ، تسمى طريقة القياس هذه التعويض.

في كلتا الحالتين ، فإن مهمة الأجهزة (الأجهزة) التالية هي فقط تسجيل حقيقة المساواة في القيمة المقاسة والقياس ، وبالتالي يتم تقليل متطلباتها بشكل كبير.

تحديد درجة الحرارة عن طريق قياس الجسور

كمثال ، ضع في اعتبارك مبدأ تشغيل جسر القياس في الوضع اليدوي.

يوضح الشكل 1 أ دائرة جسر لقياس درجة حرارة جسم معين للتحكم في أو (أو قياس OI). أساس هذه الدائرة هو دائرة مغلقة من أربعة مقاومات RTC ، Rp ، Rl ، R2 ، تشكل ما يسمى بأذرع الجسر. تسمى نقاط الاتصال لهذه المقاومات بالرؤوس (أ ، ب ، ج ، د) ، والخطوط التي تربط الرؤوس المتقابلة (أ ب ، ج د) تسمى أقطار الجسر. أحد الأقطار (c-d ، الشكل 1.a) مزود بجهد إمداد ، والآخر (a-b) يقيس أو يخرج. تسمى هذه الدائرة بالجسر ، والتي تعطي الاسم لجهاز القياس بأكمله.

المقاوم RTC هو محول طاقة أساسي لقياس درجة الحرارة (الثرمستور) يقع بالقرب من كائن القياس (غالبًا بداخله) ومتصل بدائرة القياس باستخدام أسلاك يصل طولها إلى عدة أمتار.

المطلب الرئيسي لمثل هذا المحول الحراري هو الاعتماد الخطي لمقاومته النشطة RTC على درجة الحرارة في نطاق القياس المطلوب:

حيث R0 هي المقاومة الاسمية للمحول الحراري عند درجة حرارة Θ0 (عادة Θ0 = 20 درجة مئوية):

α - معامل درجة الحرارة اعتمادًا على مادة المحول الحراري.

الثرمستورات المعدنية الأكثر استخدامًا TCM (النحاس) و TSP (البلاتين) ، تسمى أحيانًا الثرمستورات المعدنية (MTP).

المقاوم المتغير Rp هو Rheochord عالي الدقة (القياس) الذي تمت مناقشته أعلاه ويعمل على موازنة RTC المتغير. تكمل المقاومات R1 و R2 دائرة الجسر. في حالة تساوي مقاوماتهم R1 = R2 ، تسمى دائرة الجسر متناظرة.

بالإضافة إلى ذلك ، FIG. يُظهر 1.a جهازًا فارغًا (NP) لتثبيت توازن الجسر وسهم بمقياس متدرج بالدرجات المئوية.

أرز. 1. قياس درجة الحرارة عن طريق قياس الجسور: أ) في الوضع اليدوي ؛ ب) في الوضع التلقائي

من المعروف من الهندسة الكهربائية أن شرط التوازن (توازن) الجسر يتحقق عندما يكون ناتج المقاومة للأذرع المقابلة للجسر متساويًا ، أي مع مراعاة مقاومة الأسلاك التي تربط المستشعر:

حيث Rp = Rp1 + Rp2 هو مجموع مقاومة السلك ؛ أو للجسر المتماثل (R1 = R2)

في هذه الحالة ، لا يوجد جهد في قطري القياس ويشير جهاز الصفر إلى الصفر.

عندما تتغير درجة حرارة الجسم ، تتغير مقاومة مستشعر RTC ، ويضطرب التوازن ، ويجب استعادتها عن طريق تحريك منزلق السلك المنزلق.

في هذه الحالة ، جنبًا إلى جنب مع شريط التمرير ، سيتحرك السهم على طول المقياس (تشير الخطوط المنقطة في الشكل 1. أ إلى الاتصال الميكانيكي بين شريط التمرير والسهم).

تتم القراءات فقط في لحظات التوازن ، وهذا هو سبب تسمية هذه الدوائر والأجهزة غالبًا بجسور القياس المتوازنة.

العيب الرئيسي لدائرة القياس هو مبين في الشكل. 1.a ، هو وجود خطأ ناتج عن مقاومة الأسلاك Rp ، والتي يمكن أن تختلف تبعًا لدرجة الحرارة المحيطة.

يمكن التخلص من هذا الخطأ باستخدام طريقة ثلاثية الأسلاك لتوصيل المستشعر (انظر الشكل 1.b).

يكمن جوهرها في حقيقة أنه بمساعدة السلك الثالث ، يتم نقل الجزء العلوي "c" من قطر العرض مباشرة إلى المقاومة الحرارية ، ويكون السلكان المتبقيان Rп1 و Rп2 في أذرع متجاورة مختلفة ، أي تتحول حالة التوازن للجسر المتماثل على النحو التالي:

وبالتالي ، لإزالة الخطأ تمامًا ، يكفي استخدام نفس الأسلاك (Rp1 = Rp2) عند توصيل المستشعر بدائرة الجسر.

نظام أوتوماتيكي للتحكم في درجة الحرارة

لتنفيذ وضع القياس التلقائي (الشكل 1 ب) ، يكفي توصيل مضخم حساس للطور (U) ومحرك عكسي (RD) بعلبة تروس بقطر القياس بدلاً من جهاز الصفر.

اعتمادًا على طبيعة تغير درجة حرارة الكائن ، سيحرك الممر الممر منزلق RP في اتجاه واحد أو آخر حتى يتم إنشاء التوازن. سيختفي الجهد عبر القطر a-b وسيتوقف المحرك.

بالإضافة إلى ذلك ، سيقوم المحرك بتحريك مؤشر المؤشر والمسجل (PU) إذا لزم الأمر لتسجيل القراءات على شريط الرسم البياني (DL). يتم تشغيل شريط الرسومات بسرعة ثابتة بواسطة محرك متزامن (SM).

من وجهة نظر نظرية التحكم الآلي ، فإن هذا القياس هو نظام للتحكم التلقائي في درجة الحرارة (SAK) وينتمي إلى فئة أنظمة المؤازرة ذات التغذية الراجعة السلبية.

يتم إنجاز وظيفة التغذية الراجعة عن طريق توصيل عمود المحرك RD ميكانيكيًا بالسجل Rp. نقطة الضبط هي TC الحرارية. في هذه الحالة ، تؤدي دائرة الجسر وظيفتين:

1. جهاز مقارنة

2.المحول (ΔR إلى ΔU).

الجهد ΔU هو إشارة خطأ

يعد المحرك العكسي عنصرًا تنفيذيًا ، وقيمة الإخراج هي حركة سهم واحد (أو وحدة تسجيل) ، نظرًا لأن الغرض من كل SAC هو توفير معلومات حول القيمة الخاضعة للرقابة في شكل مناسب للإدراك البشري.

الدائرة الفعلية لجسر القياس KSM4 (الشكل 2) أكثر تعقيدًا قليلاً من تلك الموضحة في الشكل. 1. ب.

المقاوم R1 عبارة عن جهاز إعادة تسجيل - سلك ذو مقاومة كهربائية عالية جرح على سلك معزول. ينزلق المحرك المتحرك على السلك المنزلق وعبر ناقل نحاسي موازٍ لسلك المنزلق.

من أجل تقليل تأثير مقاومة التلامس العابر للمحرك على دقة القياس ، يتم تضمين جزأين من السلك المنزلق ، مفصولين عن المحرك ، في أذرع مختلفة من الجسر.

الغرض من المقاومات المتبقية:

• R2 ، R5 ، R6 - مناورة لتغيير حدود القياس أو نطاق المقياس ،

• R3 ، R4 - لضبط (اختيار) درجة الحرارة في بداية المقياس ،

• R7 ، R9 ، P10 - أكمل دائرة الجسر ؛

• R15 - لضبط مساواة مقاومات الأسلاك Rп على أذرع مختلفة من الجسر ،

• R8 - للحد من تيار الثرمستور ؛

• R60 - للحد من تيار الإدخال لمكبر الصوت.

جميع المقاومات مصنوعة من سلك المنغنيز.

يتم تشغيل الجسر بجهد متناوب (6.3 فولت) من ملف خاص لمحول التيار الكهربائي.

مضخم (U) - حساس للتيار المتردد.

المحرك التنفيذي القابل للانعكاس (RD) هو محرك تحريضي ثنائي الطور مع علبة تروس مدمجة.

أرز. 2. رسم تخطيطي لجهاز KSM4 في وضع قياس درجة الحرارة لقناة واحدة.