Méthode comparative avec mesure

Dans la technologie de mesure, une méthode est souvent utilisée pour améliorer la précision, qui est basée sur la comparaison de la valeur de la quantité mesurée avec la valeur de la quantité reproduite par une mesure spéciale. Dans ce cas, le signal différent (différentiel) est mesuré, et comme la mesure a généralement une petite erreur, une précision de mesure élevée est assurée.

Cette méthode est à la base du fonctionnement des ponts de mesure et des potentiomètres.

Habituellement, la valeur reproduite par la mesure est ajustée, et dans le processus de mesure, sa valeur est réglée exactement égale à la valeur de la valeur mesurée.

Lors de la mesure des ponts, les résistances sont utilisées comme une telle mesure - les rhéocordes, à l'aide desquelles la résistance du transducteur thermique est équilibrée, qui change lorsque la température de l'objet change.

Une source de tension stable avec une sortie régulée est généralement utilisée dans les potentiomètres de mesure. Au cours des mesures, en utilisant la tension d'une telle source, la FEM générée par le capteur est compensée. Dans ce cas, cette méthode de mesure est appelée compensation.

Dans les deux cas, la tâche des appareils (appareils) suivants consiste uniquement à enregistrer le fait de l'égalité de la valeur mesurée et de la mesure, par conséquent, leurs exigences sont considérablement réduites.

Détermination de la température par ponts de mesure

A titre d'exemple, considérons le principe de fonctionnement du pont de mesure en mode manuel.

La figure 1a montre un circuit en pont pour mesurer la température Θ d'un certain objet pour contrôler OR (ou mesurer OI). La base d'un tel circuit est un circuit fermé de quatre résistances RTC, Rp, Rl, R2, formant les soi-disant bras de pont. Les points de connexion de ces résistances sont appelés sommets (a, b, c, d) et les lignes reliant des sommets opposés (a-b, c-d) sont appelées diagonales du pont. L'une des diagonales (c-d, Fig. 1.a) est alimentée en tension d'alimentation, l'autre (a-b) est en mesure ou en sortie. Un tel circuit s'appelle un pont, qui donne le nom à l'ensemble de l'appareil de mesure.

La résistance RTC est un transducteur de mesure de température primaire (thermistance) situé à proximité immédiate de l'objet de mesure (souvent à l'intérieur de celui-ci) et connecté au circuit de mesure à l'aide de fils pouvant atteindre plusieurs mètres de long.

La principale exigence pour un tel convertisseur thermique est la dépendance linéaire de sa résistance active RTC à la température dans la plage de mesure requise :

où R0 est la résistance nominale du convertisseur thermique à la température Θ0 (généralement Θ0 = 20°C) :

α — coefficient de température dépendant du matériau du convertisseur thermique.

Les thermistances métalliques les plus couramment utilisées, TCM (cuivre) et TSP (platine), sont parfois appelées thermistances métalliques (MTP).

La résistance variable Rp est le rhéocorde de haute précision (mesure) décrit ci-dessus et sert à équilibrer le RTC variable. Les résistances R1 et R2 complètent le circuit en pont. En cas d'égalité de leurs résistances R1 = R2, le montage en pont est dit symétrique.

De plus, la Fig. 1.a montre un dispositif nul (NP) pour fixer l'équilibre du pont et une flèche avec une échelle graduée en degrés Celsius.

Riz. 1. Mesure de température par ponts de mesure : a) en mode manuel ; b) en mode automatique

Il est connu de l'électrotechnique que la condition d'équilibre (équilibre) du pont est réalisée lorsque le produit des résistances des bras opposés du pont est égal, c'est-à-dire en tenant compte de la résistance des fils qui relient le capteur :

où Rp = Rp1 + Rp2 est la somme des résistances des fils ; ou pour pont symétrique (R1 = R2)

Dans ce cas, il n'y a pas de tension dans la diagonale de mesure et le dispositif zéro indique zéro.

Lorsque la température Θ de l'objet change, la résistance du capteur RTC change, l'équilibre est perturbé et il doit être rétabli en déplaçant le curseur du fil coulissant.

Dans ce cas, avec le curseur, la flèche se déplacera le long de l'échelle (les lignes pointillées de la Fig. 1.a indiquent la connexion mécanique entre le curseur et la flèche).

Les lectures ne sont effectuées qu'aux moments d'équilibre, c'est pourquoi ces circuits et appareils sont souvent appelés ponts de mesure équilibrés.

Le principal inconvénient du circuit de mesure illustré à la fig. 1.a, est la présence d'une erreur causée par la résistance des fils Rp, qui peut varier en fonction de la température ambiante.

Cette erreur peut être éliminée en utilisant une méthode à trois fils pour connecter le capteur (voir Figure 1.b).

Son essence réside dans le fait qu'à l'aide du troisième fil, le «c» supérieur de la diagonale d'alimentation est déplacé directement vers la résistance thermique, et les deux fils restants Rп1 et Rп2 sont dans différents bras adjacents, c'est-à-dire l'état d'équilibre d'un pont symétrique est transformé comme suit :

Ainsi, pour éliminer complètement l'erreur, il suffit d'utiliser les mêmes fils (Rp1 = Rp2) lors de la connexion du capteur au circuit en pont.

Système de contrôle automatique de la température

Pour mettre en œuvre le mode de mesure automatique (Fig. 1b), il suffit de connecter un amplificateur sensible à la phase (U) et un moteur réversible (RD) avec un réducteur à la diagonale de mesure au lieu d'un dispositif zéro.

Selon la nature du changement de température de l'objet, la voie de circulation déplacera le curseur RP dans un sens ou dans l'autre jusqu'à ce que l'équilibre soit établi. La tension aux bornes de la diagonale a-b disparaîtra et le moteur s'arrêtera.

De plus, le moteur déplacera le pointeur de l'indicateur et l'enregistreur (PU) si nécessaire pour enregistrer les lectures sur la bande graphique (DL). La barre graphique est entraînée à vitesse constante par un moteur synchrone (SM).

Du point de vue de la théorie du contrôle automatique, cette installation de mesure est un système de contrôle automatique (SAK) de la température et appartient à la classe des systèmes asservis à contre-réaction.

La fonction de rétroaction est accomplie en reliant mécaniquement l'arbre du moteur RD à l'enregistrement Rp. Le point de consigne est le thermocouple TC. Dans ce cas, le circuit en pont remplit deux fonctions :

1. appareil de comparaison

2.convertisseur (ΔR vers ΔU).

La tension ΔU est un signal d'erreur

Le moteur d'inversion est un élément exécutif et la valeur de sortie est le mouvement d'une flèche (ou unité d'enregistrement), car le but de chaque SAC est de fournir des informations sur la valeur contrôlée sous une forme pratique pour la perception humaine.

Le circuit réel du pont de mesure KSM4 (Fig. 2) est légèrement plus compliqué que celui illustré à la Fig. 1.b.

La résistance R1 est un enregistrement - un fil de haute résistance électrique enroulé sur un fil isolé. Le moteur mobile glisse sur le fil coulissant et à travers un bus en cuivre parallèle au fil coulissant.

Afin de réduire l'influence de la résistance de contact transitoire du moteur sur la précision de la mesure, deux parties du fil glissant, séparées du moteur, sont incluses dans des bras différents du pont.

Le but des résistances restantes:

• R2, R5, R6 — manœuvre, pour modifier les limites de mesure ou la plage d'échelle,

• R3, R4 — pour régler (sélectionner) la température au début de l'échelle,

• R7, R9, P10 — terminer le circuit en pont ;

• R15 — pour régler l'égalité des résistances des fils Rп sur les différents bras du pont,

• R8 — pour limiter le courant de la thermistance ;

• R60 — pour limiter le courant d'entrée de l'amplificateur.

Toutes les résistances sont en fil de manganin.

Le pont est alimenté en tension alternative (6,3 V) à partir d'un enroulement spécial du transformateur secteur.

Amplificateur (U) — courant alternatif sensible à la phase.

Le moteur exécutif réversible (RD) est un moteur à induction biphasé avec une boîte de vitesses intégrée.

Riz. 2. Schéma de l'appareil KSM4 en mode de mesure de température monovoie.