Устройство и работа автоматического электронного потенциоме-тра КСП-4
Автоматический электронный потенциометр КСП-4 предназначен для непрерывного измерения, записи и регулирования температуры при работе в комплекте с одной из термопар стандартной градуировки.
В отличие от лабораторных переносных потенциометров движок реохорда автоматических электронных потенциометров перемещается не в вручную, а автоматически с помощью специального устройства. При этом нуль-прибор, показывающий небалансный ток измерительной цепи потенциометра, заменён электронным нуль-индикатором, состоящим из электронного усилителя и реверсивного двигателя. При изменении Т.Э.Д.С. термопары в цепи появляется постоянное напряжение небаланса, которое преобразуется и усиливается до величины, достаточной для вращения ротора реверсивного двигателя. Последний посредством кинематической системы перемещает движок реохорда в зависимости от знака напряжения небаланса, в ту или другую сторону, автоматически уравновешивая измерительную схему. Одновременно с движком реохорда перемещается прямолинейно движущаяся каретка, имеющая показывающую стрелку и записывающее перо.
Рисунок 2 – Принципиальная схема автоматического электронного потенциометра КСП-4
Принципиальная схема автоматического электронного потенциометра KCП-4, у которого питание измерительной части с целью достижения постоянства рабочего тока осуществляется от источника постоянного стабилизированного тока ИПС, приведена на рисунке 2.
Т.Э.Д.С. термопары компенсируется разностью потенциалов, возникающей в измерительной диагонали мостовой измерительной схемы. Последняя обеспечивает компенсацию измеряемой Т.Э.Д.С. термопары известным падением напряжения на реохорде с высокой точностью, предусматривает автоматическое введение поправки в показания прибора на температуру свободных спаев термопары, позволяет легко изменять градуировку прибора, получать шкалы с нулем в начале или в середине их, а также безнулевую шкалу.
Измерительная схема потенциометра состоит из двух цепей.
Первая цепь – цепь источника тока включает: источник постоянного стабилизированного тока ИПС; двойной реостат Rд для регулирования величины рабочего тока i; две ветви – вспомогательную, состоящую из сопротивлений Rк и Rм, и рабочую, в которой присоединены реохорд Rр, шунт реохорда Rш, служащий для подгонки предела измерения потенциометра, сопротивление R для подгонки сопротивления реохорда к расчётному значению, а также постоянные сопротивления Rн и Rп. По вспомогательной ветви протекает ток i1, а по рабочей – i2.
Вторая цепь – цепь термопары, в которую входят термопара Т, сопротивление части реохорда Rр, заключённое между точками а' и б' измерительной схемы, постоянное сопротивление Rн и сопротивление Rм, предназначенное для автоматического введения поправки на температуру свободных спаев термопары. Последнее возможно в случае одинаковых температур свободных спаев термопары и сопротивления Rм, поэтому в потенциометре сопротивление Rм располагается непосредственно в месте включения термопары.
Сопротивления Rн, R, Rп, Rш и Rк выполнены в виде катушек с бифилярной обмоткой из манганина. Реохорд Rр представляет собой калиброванное манганиновое сопротивление. Реостат Rд также выполнен из манганина. Сопротивление Rм изготовлено из меди.
Измеряемая Э.Д.С. термопары E(tt0) уравновешивается разностью потенциалов в точках б и д измерительной схемы потенциометра, т. е. падением напряжения на части общего сопротивления реохорда Rоб, состоящего из трёх параллельно включённых сопротивлений Rр, Rш и R1 и на сопротивлениях Rн и Rм:
E(tt0) = i2·Rоб'+i2·Rн – i1·Rм (3)
где t – температура рабочего спая термопары; t0' – температура свободного спая термопары; Rоб' – часть приведённого сопротивления реохорда между точками а и д измерительной схемы, величина которого зависит от положения движка Д реохорда.
При соблюдении равенства (3) напряжение небаланса на электронный усилитель подаваться не будет. При этом движок реохорда неподвижен, а стрелка прибора показывает измеряемое значение Т.Э.Д.С. термопары.
В случае нарушения равенства (3) на выходе измерительной схемы появляется напряжение небаланса, которое подается на преобразовательный каскад ПК. В преобразовательном каскаде постоянный ток напряжением порядка нескольких милливольт преобразуется в переменный. Далее переменный ток усилителем напряжения УН и усилителем мощности УМ электронного усилителя УЭ усиливается до значения, достаточного для вращения реверсивного двигателя РД.
Реверсивный двигатель, вращаясь по часовой стрелке или против нее (в зависимости от знака небаланса), передвигает движок реохорда и тем самым устанавливает равновесие измерительной схемы. Одновременно РД перемещает показывающую стрелку и записывающее перо. При равновесии измерительной схемы реверсивный двигатель вращаться не будет, так как на вход преобразовательного каскада напряжение не подается.
Для устранения помех, возникающих в цепи термопары, у входа потенциометра включен Г-образный фильтр, состоящий из сопротивлений Rф1, Rф2 и конденсаторов Cф1 и Cф2. Для ограничения и регулирования рабочего тока ИПС предназначено сопротивление Rд.
Конструктивно потенциометр КСП-4 представляет собой стационар-ный прибор, все узлы которого размещены внутри стального корпуса разме-ром 400х400х367 мм. Запись показаний осуществляется в прямоугольных ко-ординатах на диаграммной бумаге шириной 250 мм.
На выдвижном кронштейне расположены элементы электрической измерительной схемы, источник стабилизированного питания, электронный усилитель, реверсивный двигатель с редуктором лентопротяжного механиз-ма, записывающее устройство и реохорд. Калиброванное сопротивление по-следнего изготавливается в виде спирали и вместе с токоотводом монти-руется в отдельном корпусе.
На оси реверсивного двигателя, предназначенного для приведения измерительной схемы прибора к равновесию, находится ролик, через которой проходит лавсановый трос, скреплённый с пишущей кареткой прибора. Вследствие этого при вращении ротора двигателя каретка перемещается вдоль шкалы.
Синхронный двигатель конденсаторного типа приводит в движение лентопротяжный механизм. От редуктора синхронного двигателя движение передается на ведущий барабан, протягивающий ленту, которая склады-вается на нижнее основание кронштейна. Скорость передвижения диаграмм-мной ленты устанавливается от 20 до 50 м/ч.