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 %/ ⁰С). 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 +180⁰С);

медно-марганцевые ММТ (R_н = 1-220 кОм, ТКС от -2.4 до –5, -10 - +500 ⁰С);

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

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.