3.6. Автоматичний потенціометр

Автоматичний потенціометр призначений для вимірювання, запису та регулювання температури. Працює він в комплекті з термопарами стандартних градуювань, застосовується для вимірювання температур від -200 до + 2000 °С. В якості конструкційних матеріалів для електродів термопари використовуються :залізо - копель , копель-алюмель, хромель - алюмель, платина-платинородий та ін. Залежність термоелектрорушійної сили (ТЕДС) від зміни температури носить лінійний характер.

В електронних потенціометрах застосовується потенціометричний (компенсаційний) метод вимірювання, який заснований на рівновазі (компенсації) вимірюваної ТЕДС відомою різницею потенціалів, утвореної допоміжним джерелом живлення.

З принципової схеми (рис. 3.5) видно, що термопара підключена так, що її струм на ділянці йде в тому ж напрямку, що і від джерела постачання Б, а різниця потенціалів між точкою А і про будь-проміжної точки Д пропорційна опору .

Рис3.5. Принципова схема компенсаційного методу виміру:

1 - термопари ; 2 - нуль-індикатор; 3 - реохорд; 4 - джерело постачання.

Пересуваючи рухливий контакт Д, за умови, що , можна знайти таке його положення, при якому струм в ланцюзі термопари буде дорівнює 0, тобто ТЕДС термопари може бути виміряна значенням падіння напруги на ділянці опору . Схема такого виду широко використовується для вимірювання температури в переносних приладах.

Недолік розглянутої схеми полягає в тому, що ТЕДС залежить від сталості струму в ланцюзі реохорда.

Варіювання робочого струму в ланцюзі реохорда може вносити похибки в результати вимірювання. Установка необхідної величини робочого струму і контроль його сталості виробляють також компенсаційним методом (рис. 3.6).

Рис.3.6. Схема контролю у встановлення робочого струму

Схема має три ланцюга:

• ланцюг джерела струму (джерело струму Б , постійний опір, реохорд з рухомим контактом Д);

• ланцюг нормального елемента (нормальний елемент НЕ, постійний опір , вимірювальний прилад ІП);

• ланцюг термопари (термопара ТП, вимірювальний прилад ІП, частина змінного опору реохорда).

У режимі контролю перемикач встановлюють у положення, підключаючи нормальний елемент до кінців опору (ЕДС джерел постачання Б спрямована назустріч ЕДС нормального елемента). При зниженні величини робочого струму його регулюють настановним опором і досягають такого стану, при якому різниця потенціалів на кінцях опору не буде дорівнювати ЕДС нормального елемента. Струм в ланцюзі вимірювального приладу буде рівним нулю. Якщо не вдається встановити робочий струм, то батарею замінюють. У режимі вимірювання перемикач встановлюють у положення І, тим самим підключаючи термопару послідовно з нормальним елементом, реохордом в точці А і рухомим контактом Д. ТЕДС термопари в цьому випадку буде спрямована в протилежну сторону ЕДС джерела Б. Переміщаючи контакт Д, знаходять таке його положення, при якому різниця потенціалів між точкою А і контактом Д реохорда дорівнює ТЕДС термопари.

В приладах серії ДСП живлення вимірювальної схеми здійснюється стабілізованим джерелом, що спрощує конструкцію і експлуатацію.

Розглянуті вище схеми використовуються в електроних автоматичних потенціометрах (рис.3.7)

Рис.3.7. Принципова схема автоматичного потенціометра

На відміну від лабораторних переносних приладів движок реохорда автоматичних електронних потенціометрів переміщається не вручну, а автоматично за допомогою спеціального пристрою. При цьому нульовий прилад, що показує не балансний струм вимірювальної ланцюга потенціометра, замінений електронним нуль-індикатором, що складається з електронного підсилювача і реверсивного двигуна. При зміні ТЕДС термопари в ланцюзі з'являється постійна напруга не балансу, яка перетворюється і посилюється до величини, достатньої для реверсивного обертання ротора двигуна.

Двигун допомогою кінематичного механізму переміщує движок реохорда в залежності від знаку напруги не балансу в ту або іншу сторону, автоматично врівноважуючи вимірювальну схему. Одночасно з движок реохорда переміщуються показу вальна стрілка і записуюче перо. У потенціометрі використовується мостова вимірювальна схема, що забезпечує високу точність і чутливість приладу та дозволяє автоматично вводити виправлення на зміну температури холодних спаїв термопари, а також легко змінювати межі вимірювання і градуювання шкали приладу.

Всі опори вимірювальної схеми потенціометра, крім (див. рис. 3.7), виконані з манганина. Опір і холодні спаї термопари повинні бути при однаковій температурі і розподілятися поруч з клемами для включення термопари.

Вимірювана ЕДС термопари компенсується падінням напруги на опорі яке залежить від положення движка реохорда. Якщо ЕДС термопари не дорівнює падінню напруги на зазначених опорах, то різниця напруг, що з'являється на вершинах вимірювального моста b і d, подається на перетворювальний каскад, що складається з вібраційного перетворювача вхідного трансформатора.

У перетворювальному каскаді постійний струм напругою близько кількох мілівольт перетворюється на змінний. Далі змінний струм підсилюється по напрузі і потужності до значення, достатнього для реверсивного обертання двигуна.

Реверсивний двигун, обертаючись за годинниковою стрілкою або проти неї (залежно від знака розбалансу), пересуває движок реохорда і тим самим встановлюється рівновага вимірювальної схеми. При цьому компенсуюча напруга вимірювальної схеми при зміні температури змінюється на таку ж величину, як і ЕДС термопари, але з протилежним знаком . При рівновазі вимірювальної схеми реверсивний двигун обертатися не буде, так як на вхід перетворювального каскаду напруга не подається.

Для усунення перешкод, що виникають в ланцюзі термопари, вхід потенціометра підключений фільтр, що складається з опорів і конденсаторів.

Конструктивно потенціометр являє собою стаціонарний прилад, всі вузли якого розміщені всередині сталевого корпусу.

Автоматичні потенціометри, що випускаються промисловістю, мають однакову принципову вимірювальну схему, але різноманітне конструктивне виконання. Вони відрізняються за розмірами, типом діаграми, градуюванні, меж вимірювання, видами додаткових пристроїв і т.д. В даний час випускаються переважно вхідні в систему ГСП автоматичні потенціометри серії КС : КСП1, КСП2, КСП3, КСП4, а також КПП1, КВП1, ПСМ2.