Расчет измерителя частоты с индикацией

Оглавление

Введение

1. Расчет измерительной схемы автоматических электронных уравновешенных мостов

2. Расчет измерительной схемы автоматического потенциометра

Список литературы

Приложения

Введение

В измерительной технике широкое применение нашли схемы уравновешенных и неуравновешенных мостов. Для работы в комплекте с термометрами сопротивления распространение получили автоматические электронные уравновешенные мосты с переходными устройствами благодаря наличию у них следующих достоинств:

-высокой чувствительности;

-компенсации погрешности из-за влияния температуры на сопротивление соединительных проводов от термометра сопротивления к измерительному прибору;

-малой погрешности из-за нагрева термометра сопротивления к измерительным токам;

-нечувствительности измерительной схемы к изменению переходного сопротивления контакта реохорда, а также действия термо - и контактных ЭДС;

-линейности шкалы;

-незначительной чувствительности к колебаниям питающего напряжения (не нужен стабилизированный источник питания).

Приборостроительной промышленностью серийно выпускаются модификации комплексов автоматических электронных мостов и в большинстве случаев из их числа имеется возможность подобрать серийный прибор с типовой измерительной схемой. Однако, в процессе проведения технических измерений в промышленности или при исследованиях, а также в случае использования нестандартных измерительных преобразователей возникает необходимость переградуировки шкалы измерительного моста, то есть определить численные значения некоторых ее элементов.

Рисунок 1.1 - Измерительная схема автоматического электронного уравновешенного моста

ЭУ - электронный усилитель;

РД - реверсивный двигатель

На рисунке 1 показана измерительная схема автоматического электронного уравновешенного моста с термометром сопротивления, включенным по принципу трехпроводной цепи.

В измерительную схему, которая является типовой, входят следующие элементы: уравновешивающий реохорд Rp; шунтирующий резистор Rш, ограничивающий ток реохорда; резисторы Rн и Rк; определяющие начальное и конечное значение (диапазон показаний) шкалы, соответственно, резисторы rн и rк, выполненные в виде спирали из манганиновой проволоки с d = 0,20,3 мм и I?100 мм, предназначенные для тонкой подгонки шкалы и являющиеся частями резисторов Rн и Rк; постоянные плечи моста R1, R2, R3; переменное плечо моста - термометр сопротивления Rт; балластный резистор RБ, ограничивающий ток через плечи моста для обеспечения минимального нагрева терморезистора; подгоночные резисторы rп1 и rп2, доводящие сопротивление каждой ветви соединительной линии rл до значения 2,5±0,01 Ом (условия градуировки по паспорту прибора). Сопротивление терморезистора вместе с соединительными проводами не должно превышать 200 Ом.

Одним из самых совершенных методов измерения, позволяющем измерять малые величины с высокой точностью, является компенсационный метод. Для измерения малых значений ЭДС используются автоматические компенсаторы постоянного тока, называемые автоматическими потенциометрами, когда они работают в комплекте с термопарами /3/. На входе такого компенсатора используется измерительное устройство сравнения напряжений, в котором измеряемая термо-ЭДС и компенсирующее напряжение, а также входная цепь усилителя некомпенсации включены последовательно. То есть в автоматическом потенциометре термо-ЭДС непрерывно компенсируется напряжением, снимаемым с реохорда измерительной цепи, которое является выходным напряжением неуравновешенной мостовой измерительной схемы. Следовательно, в основу построения автоматического потенциометра положена измерительная схема неуравновешенного моста.

Для обеспечения высокой чувствительности и линейности шкалы автоматического потенциометра необходимо обеспечить:

-постоянство сопротивления реохорда;

-стабильность тока, протекающего по реохорду;

-постоянство температуры свободных концов и чувствительности термопары.

Постоянство сопротивления реохорда обеспечивается применением для его изготовления проволоки из палладий-вольфрамового сплава ПдВ-20, имеющей высокостабильное удельное сопротивление, обладающей износоустойчивостью и антикоррозионными свойствами.

Необходимая стабильность измерительного тока, протекающего по реохорду, обеспечивается применением высокостабильного источника напряжения для питания измерительной схемы.

При проведении технических измерений в промышленности практически невозможно добиться постоянства температуры свободных концов термопары. Поэтому в автоматических потенциометрах применяют компенсацию погрешности, возникающей из-за изменения температуры свободных концов, путем включения медного резистора Rм. Изменение температуры резистора Rм вызывает изменение его сопротивления, но не появляется дополнительное падение напряжения, компенсирующее изменение термо-ЭДС. Эта компенсация происходит автоматически.

Линейность шкалы потенциометра достигается за счет применения высококачественных термопар с постоянной чувствительностью.

На рисунке 2 показана измерительная схема автоматического потенциометра, являющаяся типовой для измерения термо-ЭДС. Ее составными элементами являются /3/:

-реохорд Rр, который выполняет роль уравновешивающего устройства;

-шунтирующий резистор Rш, предназначенный для ограничения тока через реохорд;

-резисторы Rн и Rк, определяющие начальное и конечное, соответственно, значения (диапазон показаний) шкалы. Резисторы rн и rк в виде спиралей являются частями резисторов Rн и Rк и предназначены для точной подгонки шкалы, их сопротивление обычно принимается равным 0,50,7 Ом;

-медный резистор Rм, предназначенный для автоматической компенсации влияния изменения tо - температуры свободных концов термопары;

-балластный резистор RА, используемый для ограничения тока в измерительной схеме;

-сравнительный резистор Rс

-балластный резистор Rт, ограничивающий ток в цепи источника питания;

-переменный резистор Rрт для регулирования величины рабочего тока.

Электронный усилитель постоянного тока ЭУ включен в диагональ а-б и является нулевым индикатором. К выходу усилителя подключен асинхронный реверсивный микродвигатель РД.

Для питания измерительной схемы автоматического потенциометра используется стабилизированный источник постоянного тока ИПС, включенный в диагональ в-г. Привод диаграммной ленты отсчетного устройства осуществляется с помощью синхронного микродвигателя СД.

Рисунок 2 - Измерительная схема автоматического электронного потенциометра

ЭУ - электронный усилитель;

РД - реверсивный двигатель;

СД - синхронный двигатель

1. Расчет измерительной схемы автоматических электронных уравновешенных мостов

1.1 Тип резистора ТСП; градуировка 20;

tн = 100°С; tВ = 200°С;

Rp = 120 Ом; Rэ = 100 Ом;

U = 6,3 В;

Iл = 50 м; ;

(медный провод);

.

.2 По таблице П1 и значениям tн и tв определяются значения Rтн = 13,910 Ом и Rтк = 17,703 Ом.

.3 , Sл = 3,14? (1,5?10-3) 2/ 4 = 1,77?10-6 м2

, rл = 1,78?10-8?50/ (1,77?10-6) = 0,5028 ? 0,53 Ом.

.4 , Rш = (120?100) / (120 - 100) = 600 Ом.

.5 Rн = 4,5 Ом.

.6 R2 = Rз = 300 Ом

N = { (R2 + rл - Rтн - Rн) 2 + 4 ? (R2?R4 + rл?Rтн + R2?Rтк + rл?Rн) }= { (300 + 0,53 - 13,910 - 4,5) + 4? (300 ? 4,5 + 0,53 ? 13,910 + 300 ? 17,703 +

+0,53 ? 4,5) } = 326

R1 = ( (Rтн + Rн - R2 - rл) + (±N/2)).

R1 = ( (13,910 + 4,5 - 300 - 0,53) + (±326)) / 2 = ( (-282,12) + (±326)) / 2 = (-282,12 + +326) / 2 = 21,94 Ом.

.7 Rп = R2? (Rтк - Rтн) / (R1 + R2 + rл).

Rп = 300 ? (17,703 - 13,910) / (21,94 + 300 + 0,53) = 4 Ом.

.8 Rк = (Rэ?Rп) / (Rэ - Rп).

Rк = 100 ? 4/ (100 - 4) = 4,2 Ом.

.9 RБ = (U - Jmax? (Rтн + Rн + R3 + Rп + rл)) / (2?Jmax).

RБ = (6,3 - 0,007 ? (13,910 + 4,5 + 300 + 4 + 0,53)) / (2 ? 0,007) =

= 288, 57Ом.

.10 rл =0,53, R2 = 300 Ом RБ = 288,57 Ом

Rш = 600 Ом Rз = 300 Ом

Rн = 4,5 0м Rп = 4 Ом

R1= 21,94 Ом Rк = 4,2 Ом.

2. Расчет измерительной схемы автоматического потенциометра

2.1 Исходные данные для расчета тип термопары - ТТП.

tн = 800°С; tк = 1300°С; Rр = 120 Ом;

? = 0,030; Rэ = 90 Ом; t0 = 0°С;

= 40°С; Енэ = 1,0186 В; Uип = 5 В;

J0 = 5 мА; Rип = 1000 Ом.

.2 J1 = 3 ? 10-3 А; J2 = 2 ? 10-3 А

.3 Ен = Е (tн; 0) - Е (t0; 0), Ен = 7,345 - 0,000= 7,345 ? 7,34 мВ

Ек = Е (tк; 0) - Е (t0; 0), Ек = 13,155 - 0,000 = 13,155 ? 13,15 мВ

Е = Ек - Ен, Е = 13,15 - 7,34= 5,81 мВ = 5,81 ? 10-3 В.

.4 Rc = 1,0186/ (2 ? 10-3) = 509,3 Ом.

.5 Rш = Rр ? Rэ / (Rр - Rэ), Rш = 120 ? 90/ (120 - 90) = 360 Ом.

.6 Rк = Rэ ? ?Е / (Rэ ? J1 ? (1 - 2 ? ?) - ?Е), Rк = 90?5,81 ? 10-3/ (90?3?10-3? (1 - 2 ? 0,030) - 5,81 ? 10-3) = 2,11 Ом

.7 Rп = Rк ? Rэ / (Rк + Rэ), Rп = 2,11?90/ 2,11 + 90 = 2,06

.8 Е (; ) = Е (; ) - Е (; 0), Е (40; 0) = 0,299? 4/5 - 0,000 = 0,240 мВ =0,240 ?10-3 В

= 0,240?10-3? (1+4,25?10-3?0) / (2?10-3?4,25?10-3? (40 - 0)) = 0,705 ? 0,705 Ом

Rн = (7,34?10-3+ 2?10-3?0,705 - 3?10-3?2,06 ?0,030) / (3 ?10-3) =2,85 ?2,85 Ом.

.9 Принимается rн = rк = 1 Ом.

.10 RА = (Rc ? J2 - (1 - ?) ? Rп ? J1 - Ен) / J1.

RA = (509,3?2?10-3 - (1 - 0,030) ?2,06?3?10-3 - 7,34?10-3) / (3?10-3) = 323,3805 ? 335,08 Ом

.11

(Rт + Rрт) = 1000 - ( (0,705 + 509,3) ? (2,85 + 2,06 + 335,08)) // (0,705 + 509,3 + 2,85 + 2,06 + 335,08) = 1000 - 204 = 796 Ом

Принимаем Rт =750 Ом Rрт = 50 Ом.

.12 Проверка расчета

(3?10) / (2?10) = (0,705 + 509,3) / (2,85+ 2,06 + 335,08)

,50 = 1,4999.

.13 Rс - 509,3 Ом Rп = 2,06 Ом RА = 335,08 Ом

Rт = 750 Ом

Rк =2,11Ом

Rрт = 50 Ом Rм = 0,705 Ом

Rщ = 360 Ом Rн = 2,85Ом.

измерительная схема автоматический потенциометр

Список литературы

1. Мурин Г.А. Теплотехнические измерения. Изд.5-е, перераб. и доп. - М: Энергия, 1979.

. Преображенский В.П. Технологические измерения и приборы. 3-е изд., перераб. и доп. - М: Энергия, 1978. - 704 с.

. Коминов С.В. Метрология и технологические измерения отрасли. Учебное пособие. М.: МИСиС, 1995.104 с.

. Приборы для измерения температуры контактным способом. Справочник под ред. Р.В. Бычковского. - Львов: Вища школа, 1979. - 208 с.

Приложения

Во всех случаях принимается сопротивление реохорда Rp = 120 Ом; напряжение питания измерительной схемы U = 6,3 В; соединительные линии выполнены из медных проводов с ; максимальный допустимый ток через терморезистор .

Таблица 1 - Исходные данные для расчета измерительной схемы автоматического электронного уравновешенного моста

ВариантТип резистораГрадуировкаtн,°Сtв,°СRэ, ОмIл, мdл, м123456781.1ТСПгр. 20010090200,00201.2ТСПгр.210100901200,00201.3ТСПгр.220100901500,00151.4ТСПгр. 20100200100500,00151.5ТСПгр.211002001002000,00201.6ТСПгр.221002001002000,00151.7ТСПгр. 202003001002000,00151.8ТСПгр.212003001001200,00201.9ТСПгр.222003001001200,00201.10ТСПгр. 200300901200,00201.11ТСПгр.210250100500,00151.12ТСПгр.22025090500,00151.13ТСПгр. 20100250100500,00151.14ТСПгр.2110025010080800,00201.15ТСПгр.2212018090800,00201.16ТСПгр. 20120180100800,00201.17ТСПгр.21065090100,00101.18ТСПгр.220650100100,00101.19ТСПгр. 20065090400,00151.20ТСПгр.210500100400,00151.21ТСМгр, 235010090250.00201.22ТСМгр.245075100100,00151.23ТСМгр.237510010050,00101.24ТСМгр.2475100100500,00151.25ТСМгр.231001501001000,00201.26ТСМгр.240100100750,00151.27ТСМгр.2375175100800,00201.28ТСМгр.24125175901500,00201.29гр.2312515090300,00151.30гр.2475175100400,0015

Значения следующих параметров во всех вариантах принимается одинаковыми: Rр = 120 Ом, Енэ = 1,0186 В, Uип = 5 В,

Jо = 5 мА, Rип = 1000 Ом.

Таблица 2 - Исходные данные для расчета измерительной схемы автоматического электронного потенциометра

Номер вариантаТип термопарыtн,°Сtк,°С?Rэ, Омt0,°С ,°С123456782.1ТТП010000,005900402.2ТТП50010000,03010010502.3ТТП65011500,0259020502.4ТТП80013000,030900402.5ТТП100016000,0251000402.6ТПР100016000,025900302.7ТПР120017000,02510010502.8ТПР150017000,030900502.9ТПР130017000,02510010402.10ТПР140018000,025900502.11ТХА-2002000,030100-20202.12ТХА-1003000,02590-10302.13ТХА05000,0301000402.14ТХА50010000,0259010502.15ТХА80013000,0301000502.16ТХК-2002000,02590-10202.17ТХК-1003000,030100-10302.18ТХК2006000,030900402.19ТХК04000,0309010502.20ТХК4008000,0251000502.21ТВР (2) 100016000,025900252.22ТВР (3) 120017000,0251000502.23ТВР (1) 150017000,030900402.24ТВР (1) 130017500,0251000502.25ТВР (1) 140018000,030900502.26ТВР (2) 100016000,0251000302.27ТВР (3) 120016500,030900402.28ТВР (1) 130017000,02510010402.29ТВР (2) 135017500,030900502.30ТВР (3) 140018000,0259010502.31ТМК-2001000,025100-2020

Таблица П1 - Градуировочные характеристики термометров сопротивления

t°СТермометр сопротивления платиновый ТСП t°СТермометр сопротивления медный ТСМгр. 20гр.21гр.22гр.23гр.24Сопротивление, ОмСопротивление, Ом010,00046,00100,00053,00100,002010,79149,64107,91554,13102,134011,57853,26115,781055,26104,266012,36056,86123,601556,39106,398013,13760,43131,372057,52108,5210013,91063,99139,102558,65110,6512014,67867,52146,783059,77112,7814015,44161,03154,413560,90114,9116016, 20074,52162,004062,03117,0418016,95477,99169,544563,16119,1720017,70381,43177,035064,29121,3022018,44884,86184,485565,42123,4324019,18888,26191,886066,55125,5626019,92391,64199,236567,68127,6928020,65395,00206,537068,81129,8230021,37998,34219,797569,93131,9532022,100101,66221,308071,06134,0834022,817104,96228,178572, 19136,2136023,529108,23235,299073,32138,3438024,236111,48242,369574,45140,4740024,938114,72249,3810075,58142,6042025,636117,93256,3610576,71144,7344026,329121,11263,2911077,84146,8646027,018124,28270,1811578,97148,9948027,701127,43277,0112080,09151,1250028,380130,55283,8012581,23153,2552029,055133,65290,5513082,35155,3854029,725136,73297,2513583,48157,5156030,390139,79303,9014084,61159,6458031,050142,83310,5014585,74161,7760031,706145,85317,0615086,87163,9062032,357148,84323,5715588,00166,0364033,003151,81330,0316089,13168,1665033,325153,30333,2516590,25170,2917091,38172,4217592,51174,5518093,64176,68

Таблица П2 - Номинальные статические характеристики (нсх) термоэлектрических преобразователей (ГОСТ 3044-84)

t°CТип ТПР ПР (В) Тип ТПП ПП (S) Тип ТВР ВР (А) - 1Тип ТВР ВР (А) - 2Тип ТВР ВР (А) - 3Тип ТХА ХА (К) Тип ТХК ХК (L) Тип ТМК МК (М) 123456789-200-5,892-9,488-6,153-150-4,914-7,831-5,111-100-3,553-5,641-3,715-50-1,889-3,003-2,00000,0000,0000,0000,0000,0000,0000,000500,2990,6370,6300,6252,0223,2992,2531000,6451,3371,3371,3184,0956,8424,7211501,0292,0862,1002,0626,13710,5912001,4402,8712,9012,8428,13714,5192501,8733,6823,7283,64710,15218,5993000,4312,3234,5124,5704,46912, 20722,8063500,5962,7865,3545,4225,30214,29227,1114000,7863,2606, 2036,2796,14116,39531,4824501,0023,7437,0357,1386,98418,51335,8865001,2414,2347,9087,9967,82620,64040,2935501,5654,7328,7588,8538,66722,77244,7036001,7915,2379,6059,7069,50524,90249,0946502,1005,75110,44710,55410,33927,00253,4777002,4306,27411,28311,39711,16729,12857,8577502,7826,80512,11212,23411,99031,21462,2158003,1547,34512,93313,06312,80533,27766,4698503,5467,89213,74613,88413,61235,3149003,9758,44814,54914,69514,41037,3259504,3869,01215,34215,49715, 19939,31010004,8339,58516,12516,28715,97841,26910505,29710,16516,89317,06516,74543, 20211005,77710,75417,65917,83117,50145,10811506,27311,34818,40918,58518,24546,98512006,78311,94719,14619,32618,97648,82812507,30812,55019,87220,05419,69550,63313007,84513,15520,58420,76920,40152,39813508,39313,76121,28421,47121,09514008,95414,36821,97122,16321,77614509,51914,97322,64522,84222,444150010,09415,57623,30623,50923,101продолжение таблицы П2160011,25716,77124,58824,80824,377165011,84225, 20925,43724,996170012,42625,81626,05225,601175013,00825,41126,64926, 192180013,58526,99227,22626,767185027,560190028,114195028,655200029,181205029,693210030,189215030,761220031,138225031,589230032,024235032,445240032,853245033,250250033,638