АВТОМАТИЧНІ МОСТИ СЕРІЇ КС

Як вторинні вимірювальні прилади для роботи з ТО найбільше поширення набули зрівноважені те незрівноважені мости, а також логометри.

Принципову схему урівноваженого моста показано на рис. 4.1, а. Міст складається з постійних резисторів R1 та R3, реохорда R2, термометра опору R та двох з’єднувальних дротів R , за допомогою яких ТО встановлюється в об’єкті. В діагональ живлення «ac» мостової схеми ввімкнено джерело постійного струму Е, а в другу (вимірювальну) діагональ «bd» – ввімкнений нуль--прилад НП (чутливий гальванометр). Умовою рівноваги моста є відсутність напруги в діагоналі bd і відповідно сили струму через НП. Як наслідок такої рівноваги моста є рівність добутків опорів його протилежних плечей:

R (R + 2 R ) = R * R . (4.7)

Зі зміною температури в об'єкті змінюється й опір R , міст виходить з

рівноваги і в діагоналі bd потече струм , стрілка приладу НП відхиляється.

Рис. 4.1. Принципова схема урівноваженого моста з термометром опору.

Щоб повернути міст до рівноваги, необхідно змінювати опір реохорда R2 до тих пір, доки стрілка приладу не стане на нуль. Опір термометра дорівнює:

R = R *( R / R ) - 2 R . (4.8)

Таким чином, кожному значенню R , відповідає певне значення R2, яке зчитується по шкалі реохорда. Така мостова схема урівноважування називається схемою порівняння.

Для зменшення впливу температури навколишнього середовища на опір з’єднувальних дротів R , використовується трьох-дротова схема включення термометра (рис. 4.1, б), в якій одну з вершин живлення моста переносять безпосередньо до головки термометра. При цьому умова рівноваги має вигляд:

R + R = (R + R )* (R / R ).(4.9)

А при умові рівності опорів R та R - виключається вплив з’єднувальних дротів R на умову балансу мосту.

У автоматичних урівноважених мостах (рис. 4.3) переміщення повзуна реохорда для урівноваження моста виконується за допомогою автоматичної астатичної системи слідкування першого порядку.Зі зміною температури в об'єкті змінюється опір термометра Rt. При цьому порушується рівновага моста і на вхід підсилювача ЕПз діагоналі ВD моста надходить сигнал небалансу. Цей сигнал підсилюється підсилювачем ЕП, який керує реверсивним двигуном РД, що переміщує движок реохорда Rр доти, поки напруга небалансу на вході електронного підсилювача не буде дорівнювати нулю. Одночасно з переміщенням повзунка реохорда переміщується і показуюча стрілка.

Автоматичні урівноважені мости є технічними приладами досить високого

класу точності (0,25; 0,5; 1,0). Випускаються такі типи автоматичних мостів: КВМ2, КСМ1, КГТМ1, КСМ2, КСМЗ, КСМ4.

Рис. 4.2. Загальний вигляд ТО Рис.4.3. Спрощена схема автоматичного урівноваженого моста

8.6.ВИМІРЮВАЛЬНИЙ ПЕРЕТВОРЮВАЧ ТЕМПЕРАТУРИ

(ІНТЕЛЕКТУАЛЬНИЙ ДАТЧИК)

Останнім часом виготовляються мідні термометри типу ТСМУ – 0288, 0388 з нормувальними перетворювачами, розміщеними у їхніх головках, а також аналогічні платинові ТСПУ, з уніфікованими вихідними сигналами (4¸20 мА). Це, так звані, інтелектуальні датчики.

До такихінтелектуальних датчиків останнього покоління відноситься вимірювальний перетворювач температури SITRANS TF2.

Конфігуруємий SITRANS TF2 (рис.4.4) - це компактний вимірювальний перетворювач температури з цифровим дисплеєм та термометром опору Pt100. Призначення приладу - індикація та контроль температури, що вимірюється на технологічній лінії за місцем, а також дистанційна передача сигналу вимірювальної інформації на відстань.

■Загальний оглядтаосновні технічні характеристики TF2:

Вимірювальний перетворювач температури SITRANS TF2 об’єднує три компоненти в одном приладі:

• термометр опору Pt100 в захистній трубці із нержавіючої сталі;

• корпус iз нержавіючої сталі з високим класом захисту;

• вбудований та конфігуруємий за допомогою трьох клавіш мікропроцесорний вимірювальний перетворювач з рідинно-кришталевим диспдеєм (РКД).

Вхід:вимірювана величина – температура в діапазоні від -50…+200°C.

Вихід: уніфікований сигнал 4…20 mА по дротам живлення.

Абсолютна похибка при температурі навколишнього середовища в межах (23 ±5) °C складає: < ±(0,45°C + 0,2% від верхньої межі налаштованого діапазону.

Час одного циклу вимірювання ≤100 ms.

■Переваги та конструкція приладу SITRANS TF2:

• висока точність вимірювання та індикація з дозволяючою властивістю 1/100 °C в усьому діапазоні вимірювання; • конфігуруємі діпазони вимірювання в межах від -50 до +200°C; • сигнализація ( +/-) про перевищення заданного межового значения темпера-тури на РКД, а також за допомогою червоного світлодиоду (рис.4.5).

Корпус SITRANS TF2 виготовлений із інструментальної сталі (Ø 80 mm) та оснащений захисним склом. В захисну трубу із інструментальної сталі з різьбовим з’єднанням вмонтований і температурний датчик Pt100. За рахунок використовування інструментальної сталі при виготовлені захисних труб досягається висока хімічна стійкість, яка визначає високу степінь захисту температурного датчика від впливу вимірюваного за температурою середовища. У стандартному виконанні довжина захисної труби складає 170 (260) мм.

На зворотній стороні корпусу разміщені клеми для підключення живлення за

рахунок струмового ланцюга (петлі) 4...20 mA.

Рис. 4.4. Загальний вигляд SITRANS TF2. Рис. 4.5

На передній стороні корпуса знаходиться п’ятирозрядний дисплей под скляною кришкою. Під дисплеем (рис.4.5) разташовані три клавіші конфігурування SITRANS TF2. Над дисплеєм розташовані один зелений та один червоний світлодіоди для індикації стану приладу.

Первинний вимірювальний перетворювач Pt100 (рис.4.6), що знаходиться в

об’єкті, отримує живлення від стабілізованого джерела струму I . Спад напруги

на датчику Pt100 відповідає вимірюваній температурі. Аналого-цифровий перетворювач (A/D) перетворює спад напруги у цифровий сигнал. В мікроконтролері (μС) цифровой сигнал лінеаризуеться і відтворюється у числовій формі у відповідності з необхідними даними (наприклад, вибраною одиницею вимірювання або необхідному діапазону), що запрограмовані заздалегідь та зберігаються в постійній перепрограмуємій пам’яті EEPROM.

Вимірювальний перетворювач TF2 можна разділити на наступні функціональні блоки і окремі функції (рис. 4.6):

Вхід:RTD – термометр опору Pt100; I – стабілізоване джерело сруму;

A/D – аналого-цифровий перетворювач.

Вихід:

D/A – цифро-аналогови перетворювач (ЦАП); U/I – перетворювач напруги в струм, який живиться від стабілізованого джерела напруги та перетворює напругу ЦАП в уніфікований вихідний сигнал по струму (4…20 мА);

EMV – вихідний каскад з захисними компонентами, який об’єднує струм живлення з уніфікованим вихідним сигналом по струму;

U –джерело живлення перетворювача ( +12 В);

I – уніфікований вихідний сигнал по струму (він же струм споживання).

Керування та індикація:

3 клавіші – конфігурування параметрів перетворювача;

LCD – індикація вимірюваних величин з одиницями вимірювання(РКД);

Зелений світлодіод – індикація нормального режиму роботи;

Червоний світлодіод – індикація повідомлень про помилки та при виході параметру за встановлені межі.

Мікроконтролер:

EEPROM – запам’ятовуючий пристрій для всіх параметрів;

μС – функції обчислення та контролю мікроконтролера.

Рис.4.6 Структурна схема Sitrans TF2.

Рис. 4.6. Структурна схема перетворювачаSitrans TF2.

Основною перевагою перетворювачаSitrans TF2 є двопровідна схема жив-

лення, в якій виконано об’єднання ланцюга живлення перетворювача з одночасним передаванням по ньому сигналу вимірювальної інформації - вихідного уніфікованого аналогового сигналу по струму в межах 4…20 мА, який відповідає значенню вимірюваної температури. Тобто, при налаштованому початковому значенні вимірюваної температури, схема перетворювача споживає струм 4 мА напругою постійного струмі в межах 12…30В. В кінці діапазону – перетворювач споживає струм 20 мА при тих же межах напруги живлення.

Для передавання інформації про значення вимірюваної температури немає необхідності в додаткових лініях зв’язку. Для отримання цієї інформації достатньо в двопровідний ланцюг підведення живлення, ввімкнути опір навантаження величиною R 500 Ом (рис. 4.7) та отримати на ньому, на необхідній

відстані місця вимірювання, спад напруги, який маже бути використаний,

Рис.4.7. Схема підключення TF2до двопровідної лінії живлення.

наприклад, для перетворення в аналого-цифровому перетворювачі (АЦП) мік-

ропроцесорного контролера системи керування технологічним процесом.

Для напівпровідникових терморезисторів (їх називають термісторами) коефіцієнт k – у формулі (4.1) залежить від значення абсолютної температури Т і така залежність має вигляд: k=В/T², де В – коефіцієнт, що залежить від матеріалу термістора. Якщо підставити це значення в (4.1), то отримаємо характеристику перетворення термістора:

R_t = C* e^kT = С* e . (4.10)

Термістори мають великий від’ємний температурний коефіцієнт опору та великий питомий опір.

Для їх виготовлення використовують напівпровідникові матеріали: германій, окисли міді, марганцю, кобальту, магнію, титану і їх суміші. Такі матеріали мають великий від’ємний температурний коефіцієнт опору та великий питомий опір. Це дає можливість виготовляти малі за розміром чутливі елементи зі значними коефіцієнтами перетворення, значення яких в 5-10 раз більші, ніж у провідникових терморезисторів. Суміш порошків компонентів запікається у формі під тиском і закріплюється поверхневим обпалюванням при t=1000°С в контрольованій атмосфері. Виводи припаюють до двох точок попередньо металізованої поверхні напівпровідника. Випускають у вигляді: дисків, циліндрів, кілець. Використовують у схемах сигналізації. Недолік погана відтворюємість датчиків, їхня не ідентичність.

Найбільш поширені терморезистори типу ММТ (суміш окислів міді та мар-

ганцю, діапазон: - 60° …+ 180°С) та КМТ (окисли кобальту та марганцю, діапазон: -10...+300°С. За діапазоном вимірювання можлива зміна номінального опору ТО. Зміни відповідного опору нелінійні. Без спеціального відбору взаємозамінність термісторів досить посередня і відхилення може сягати ±10%. Як ЗВ для вимірювання температури їх практично не використовують через нелінійну характеристику перетворення. Проте використовують в каналах технологічного контролю та сигналізації, коли ТО повинен бути чутливим та компактним, а компаратор приладу, який його вміщує, налаштовується на певну точку спрацьовування по температурі. Клас точності 0,1...0,3.