При измерении температуры в комплекте с термометрами сопротивления применяются вторичные приборы: автоматические электронные уравновешенные мосты (автокомпенсаторы) и логометры.
АВТОМАТИЧЕСКИЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ УРАВНОВЕШЕННЫЕ МОСТЫ
Конструктивные особенности устройства и действия автокомпенсаторов типа ЭМД уже рассматривались в гл. 9. Однако в автоматизации производственных процессов виноделия используются и многие другие существенно отличающиеся от мостов ЭМД типы приборов: MC1 и МСР1, ЭМП и ЭМР и т. д.
Внешний вид и схема малогабаритных автоматических электронных показывающих, самопишущих и регулирующих уравновешенных мостов MC1 и МСР1 приведены на рис. 90, а и б. Каждый прибор этой группы автокомпенсаторов состоит из мостиковой схемы М, электронного усилителя ЭУ, синхронного двигателя СД, реверсивного двигателя РД и указателя У с пером и печатающим механизмом ПМ.
Обозначение и назначение элементов мостиковой схемы М следующие: RT — термометр сопротивления; R1, R2 и R3 — сопротивления плеч моста; Rб— балластное сопротивление, служит для ограничения тока в мостиковой схеме; Rр — реостат-реохорд; Rm — шунт реохорда, предназначен для подгонки сопротивления реохорда; Rп — сопротивление, применяется для подгонки сопротивления реохорда под соответствующий предел измерения; r1 и r2 — сопротивления, используются для подгонки предела показаний прибора; Ry — уравнительные сопротивления, служат для подгонки двух основных соединительных проводов до градуировочного значения; К — кнопочный включатель, предназначен для контроля исправности прибора; при нажатии кнопки происходит закорачивание соединительной линии термометра сопротивления и одновременно шунтируется плечо R3 схемы М сопротивлениями Rк и rк; если указатель установится на начальную отметку шкалы, прибор считается исправным.
Рис. 90. Малогабаритные автоматические электронные показывающие, самопишущие и регулирующие уравновешенные мосты MC1 и МСР1:
а — общий вид; б — схема устройства.
Электронный усилитель ЭУ состоит из входного трансформатора ВТ. усилителя напряжения УН, усилителя мощности УМ и силового трансформатора СТ.
Принцип действия прибора заключается в следующем. С изменением температуры измеряемой среды пропорционально изменяется сопротивление Rт датчика. При этом нарушается равновесие мостиковой схемы. Для приведения мостиковой схемы в равновесное состояние служит реохорд. Как видно из рисунка, одна часть сопротивления реохорда подключена в одно плечо моста, другая — в другое. В зависимости от положения ползунка сопротивление каждой части может увеличиваться и уменьшаться. Если мост не уравновешен, то между точками 1 и 2 появляется напряжение, фаза (направление) которого зависит от повышения или понижения температуры после нарушения равновесия моста. На выходе усилителя ЭУ величина усиленного напряжения оказывается достаточной для того, чтобы привести во вращение вал двигателя РД в ту или другую сторону (в зависимости от фазы напряжения). С валом двигателя системами передач (они показаны штриховыми линиями) связаны указатель с пером и печатающим механизмом, а также ползунок реохорда. Перемещение указателя относительно шкалы и ползунка по реохорду прекращается каждый раз тогда, когда изменяющимся сопротивлением реохорда скомпенсируется действие напряжения разбаланса мостиковой схемы. Таким образом, каждому значению измеряемой температуры соответствует определенное положение указателя с пером относительно шкалы и диаграммной бумаги.
Если прибор одноточечный, перо, жестко связанное с указателем, непрерывно записывает на поступательно движущейся диаграммной ленте значение измеренной величины. Движение ленте сообщается от вала синхронного двигателя с редуктором посредством барабана, который снабжен по краям шипами, входящими в отверстия диаграммной бумаги. Редуктор обеспечивает прохождение ленты со скоростями 0,02; 0,04; 0,06; 0,12 и 0,36 м/сек.
Многоточечные приборы оснащены многопозиционным двухполюсным переключателем, ползунок которого приводится во вращение от синхронного двигателя и поочередно подключает к измерительному мосту термометры сопротивления. После наступления равновесия печатающий механизм отпечатывает точку с порядковым номером датчика того объекта, температура которого в данный момент измеряется. Следовательно, каждая кривая записи в многоточечных приборах состоит из ряда точек, расположенных на расстоянии, зависящем от скорости перемещения диаграммной ленты.
Автокомпенсаторы MC1 и МСР1 всех модификаций работают в комплекте с медными ТСМ или платиновыми ТСП термометрами сопротивления градуировок 20, 21, 22, 23, 24 и могут осуществлять измерения и запись одной (одноточечные приборы) или 2, 3, 6 и 12 (многоточечные приборы) величин, а также регулирование одной или всех величин, но на одно заданное значение.
Рис. 91. Уравновешенные электронные автоматические мосты:
а — малогабаритные показывающие и с устройством для дистанционной передачи показаний типов ЭМВ; б — показывающие, самопишущие и регулирующие типов ЭМП.
Основная допустимая погрешность приборов не превышает 0,5% диапазона измерения, выраженного в омах. Погрешность срабатывания контактов позиционного регулирующего устройства и сигнальных контактов реостатного задатчика не превышает 1% области измерения (в омах). Питание силового трансформатора от сети переменного тока 127 или 220 В. Мощность 60 В·А. Время прохождения указателем всей шкалы от 2,5 до 8 с. Габаритные размеры прибора 330х287x424 мм. Масса не превышает 20 кг.
К числу малогабаритных электронных автоматических уравновешенных мостов относятся также приборы типов ЭМВ (рис. 91, а) с вращающимся циферблатом, предназначенные для работы в комплекте с медными или платиновыми термометрами тех же градуировок, что и для мостов MC1 и МСР1.
Уравновешенные автоматические электронные мосты типа ЭМП-109М3 постоянного тока и ЭМП-209М3 переменного тока (рис. 91,б) применяются для измерения и записи температуры в 1, 2, 3, 6, 12 и 24 точках в комплекте с медными и платиновыми термометрами сопротивления стандартных градуировок. Некоторые модификации этих приборов оборудованы электрическим позиционным или пневматическим изодромным регулирующими устройствами. Электрические регулирующие устройства встраиваются в одноточечные и многоточечные приборы, а пневматические — только в одноточечные.
Основная допустимая погрешность автокомпенсаторов ЭМП- 109МЗ и ЭМП-209МЗ не превышает 0,5% интервала шкалы. Время пробега указателя по всей шкале 1, 2,5 и 8 с. Питание от сети переменного тока 220 В. Мощность 120 В·А. Габаритные размеры 507x501x387 мм. Масса не более 50 кг.
В многоточечных мостах ЭМП-109М3 и ЭМП-209М3 электрическое позиционное устройство может регулировать температуру только в одной точке. В отличие от них электронные мосты постоянного тока ЭМР-109МЗ и переменного тока ЭМР-209МЗ предназначены для измерения, записи, а также электрического позиционного регулирования одного заданного значения параметра в 3, 6 и 12 точках. Эти приборы имеют устройство для сигнализации аварийного режима.
Уравновешенные электронные многоточечные мосты ЭМР- 109ΡΜ3 и ЭМР-209РМЗ осуществляют измерение, запись и электрическое позиционное регулирование разных заданных значений температуры в 6 точках. Регулирование в каждой точке производится самостоятельно и независимо от регулирования в других точках. В автокомпенсаторах предусмотрена возможность установки заданного значения регулируемого параметра независимо для каждой точки.
Приборы ЭМР-109М3, ЭМР-209М3, ЭМР-109РМ3 и ЭМР-209РМ3 имеют те же основные технические характеристики, что и приборы ЭМП-109МЗ, ЭМП-209М3.
ЛОГОМЕТРЫ
На рис. 92,б представлена схема электрического логометрического измерительного механизма магнитоэлектрической системы, у которого подвижная система состоит из двух рамок (обмоток из тонкого медного изолированного провода) с одинаковыми по величине сопротивлениями R1 и R2. Рамки жестко связаны между собой под небольшим углом и могут поворачиваться кернами в подпятниках (на рисунке не показаны). Подвод тока к рамкам производится при помощи очень тонких спиральных бронзовых волосков 4, создающих ничтожный противодействующий упругий момент при повороте подвижной системы. Магнитное поле постоянного магнита между полюсами N и S неравномерное: магнитная индукция, благодаря специально спроектированному профилю зазора между очертаниями цилиндрического сердечника 3 и полюсов, закономерно возрастает от краев последних к их средине. От источника тока Б параллельно получают питание цепи 1 и 2,
Измерительный механизм сконструирован так, что для показанного на рисунке момента времени сила тока первой цепи равна силе тока второй цепи, так как
В связи с этим вращающие моменты M1 и М2 также равны между собой, подвижная система находится в равновесном состоянии и стрелка занимает строго среднее положение относительно шкалы. Допустим, что температура измеряемой среды в какой-то другой момент времени увеличилась, тогда сопротивление термометра Rт, также увеличивается, сила тока I2 и вращающий момент М2 уменьшаются, подвижная система обмоток со стрелкой под действием величины разности вращающих моментов М1—М2 поворачивается вправо.
Рис. 92. Логометры ЛПр-53М:
а — внешний вид; б — схема электрического логометрического измерительного механизма магнитоэлектрической системы; в — схема устройства логометра ЛПр-53М.
Однако через некоторое время система приобретет новое равновесное состояние, так как на вторую обмотку в сужающемся воздушном пространстве между сердечником и полюсом S станет действовать-большая магнитная индукция, чем на первую обмотку. Таким образом, всякому отклонению измеряемой температуры будет соответствовать строго определенное положение стрелки относительно шкалы, градуированной в °C.
Приборы, у которых угол отклонения указателя является функцией отношения сил тока в обмотках подвижной системы измерительного механизма, называются логометрами.
Ценным достоинством логометров является то, что в определенных пределах показаний точность измерений не зависит от колебаний напряжения источника (отклонение напряжения источника от норм допускается в пределах ±20%).
В виноделии находят применение более совершенные показывающие с профильной шкалой логометры типа ЛПр-53М (рис. 92,а), работающие в комплекте со всеми термометрами сопротивления стандартных градуировок.
По сравнению со схемой, показанной на рис. 92,б, в схеме данного прибора (рис. 92, в) применен неуравновешенный измерительный мост и термометр здесь подключается к прибору, как и в электронных автоматических мостах, тремя проводами. Использование моста позволило повысить чувствительность, уменьшить погрешность измерений и получить шкалу прибора на широкий интервал температур путем подбора сопротивлений. Благодаря применению третьего соединительного провода для подключения термометра, вершина мостиковой схемы переместилась в его головку (в точку 2). В результате сопротивления двух соединительных проводов вошли в измерительные плечи моста, чем также понизилась погрешность измерений.
Обозначение и назначение элементов измерительного моста в схеме таковы: R1, R2 — сопротивления рамок подвижной системы; R3, R4, R5, R6 — постоянные сопротивления плеч моста, причем по величине сопротивления R3 и R4 одинаковы; R7 — манганиновое сопротивление — служит для измерения угла отклонения подвижной системы; R8 — медное сопротивление — предназначено для компенсации температурной погрешности измерения; Rт — сопротивление термометра; Ry — уравнительные сопротивления — применяются для подгонки общего сопротивления двух основных соединительных проводов до градуировочного значения 5 или 15 Ом, указанного на шкале логометра, при этом сопротивление каждого провода должно составлять половину их суммарной величины (2,5 или 7,5 Ом); RK — контрольное сопротивление — используется для проверки правильности выполнения присоединения термометра к логометру; для этого до включения источника питания Б основные соединительные провода закорачивают на зажимах 1 и 2 датчика, а противоположный конец одного из них подключают к зажиму 4\ после включения питания стрелка должна устанавливаться на красную отметку шкалы. Закончив проверку, восстанавливают прежние соединения.
Прибор действует следующим образом. При температуре измеряемой среды на уровне красной отметки шкалы измерительный мост рассчитан на равновесное состояние: силы тока в рамках R1 и R2, а следовательно, и вращающие моменты, действующие на них, равны, и поэтому стрелка логометра находится у красной отметки, у средины шкалы. Когда температура окажется выше контрольной точки, сопротивление термометра Rт увеличится и сила тока I, разветвляясь в точке 5, распределится в рамках не поровну: I1 окажется меньше I2. При отклонении температуры ниже контрольной точки произойдет обратное явление, т. е. I1 будет больше I2. В остальном данная схема действует аналогично схеме, показанной на рис. 92, б.
Измерительный механизм логометра ЛПр-53М укреплен в корпусе из пластмассы. Корпус приспособлен для утопленного (щитового) монтажа. На тыльной стороне его расположены зажимы для присоединения термометра сопротивления и источника питания, а также секторообразный рычажок арретира.
Класс точности приборов 1,5; пределы измерения от —100 до + 500° С; питание от аккумуляторов, сухих батарей или от источника сетевого питания напряжением 4 В постоянного тока; потребляемая мощность 0,6—0,9 Вт; габаритные размеры 295 X 125x210 мм.
В настоящее время в технике измерений внедряются щитовые логометры с профильной шкалой типа Л-64 (рис. 95,в), регулирующие логометры с двух- и трехпозиционным регулирующим устройством типа ЛР-64-02 и ЛР-64-03 (рис. 93,б) и др.
Технические данные этих приборов в основном те же, что и у логометров ЛПр-53М, но габаритные размеры у них уменьшены и составляют: для приборов Л-64 200X100X230 мм и ЛР-64 200Х100X275 мм.
