Схема включення термокаталітичного датчика і спосіб її балансування

1 Схема включення термокаталітичного датчика з розміщеними в одному плечі вимірювального моста послідовно з'єднаними робочим і порівняльним чутливими елементами, а в іншому плечі моста послідовно з'єднаними баластовими резисторами, хоча б один із яких є змінним, яка відрізняється тим, що паралельно чутливому елементу з більшою крутістю вольт-амперної характеристики підключають резистивний шунт для вирівнювання вольт-амперних характеристик чуттєвих елементів датчика 2 Схема включення термокаталітичного датчика за п 1, яка відрізняється тим, що паралельно плечу вимірювального моста з послідовно з єднаними робочим і порівняльним чутливими елементами підключають шунтові резистори, один із яких є змінним, так, щоб рухливий контакт змінного резистора був підключений до загальної точки з'єднання чутливих елементів З Спосіб балансування схеми включення термокаталітичного датчика, який відрізняється тим, що спочатку схема балансується змінним баластовим резистором при мінімально можливому значенні фактора, що впливає на температурний режим елементів, змінюючи величину опору якого встановлюють нульове значення вихідного сигналу мостової вимірювальної схеми в атмосфері чистого повітря, потім зміною величини змінного шунтового резистора встановлюють на виході схеми нульові значення вихідного сигналу при максимально можливому значенні фактора, що впливає на температурний режим елементів, причому ці операції повторюють до встановлення на виході моста нульового (мінімального) значення сигналу при мінімальному і максимальному значеннях фактора, що впливає на температурний режим елементів (О 00 Винахід відноситься до області газоаналітичного приладобудування і може бути використаним для виміру концентрації горючих газів на промислових об'єктах, утому числі концентрації метану в гірничих виробках шахт Відома мостова схема включення термокаталітичного датчика з включенням робочого і порівняльного чутливих елементів у різних гілках (Карпов Е Ф , Биренберг И Э , Басовский Б И Автоматическая газовая защита и контроль рудничной атмосферы М Недра —1984 г) Недоліками цієї схеми є більше споживання енергії при рівною, з іншими схемами, вихідною напругою, вплив зміни ЗОВНІШНІХ факторів (напруга живлення, температура, тиск, вологість тощо) на точність вимірювання Частково ці недоліки усунуті в мостовій схемі включення з послідовно з'єднаними робочим і по рівняльним чутливими елементами в одному плечі вимірювального моста В інше плече моста включаються послідовно з'єднані баластові резистори, хоч один з яких є перемінним Балансування такої схеми полягає у встановленні нульового значення вихідного сигналу мостової вимірювальної схеми в атмосфері чистого повітря шляхом зміни величини опору перемінного баластового резистора (Карпов Е Ф , Биренберг Н Э , Басовский Б И Автоматическая газовая защита и контроль рудничной атмосферы М Недра —1984 г) Ця схема включення має менше споживання електричної енергії і дозволяє збалансувати вимірювальний міст в атмосфері чистого повітря Істотним недоліком зазначеної схеми включення є зміщення нуля вимірювального моста при ЗМІНІ величини напруги живлення, температури, тиску, вологості й інших факторів, що впливають (О 62861 на температурний режим чутливих елементів Це ними робочим і порівняльним чутливими елеменобумовлюється тим, що при виготовленні робочотами підключають шунтові резистори, один із яких го і порівняльного чутливих елементів практично є перемінним, так, щоб рухливий контакт переміннеможливо забезпечити абсолютну ідентичність ного резистора був підключений до загальної точвеличини їхнього опору, розмірів, випромінювальки з'єднання чутливих елементів Балансування ної здатності поверхонь та інших параметрів Зміцієї схеми здійснюється аналогічно попередньому щення нуля мостової вимірювальної схеми обумоваріанту влюється різним ступенем впливу на неоднакові На фіг 2 приведений варіант схеми включення робочий і порівняльний чутливі елементи змін затермокаталітичного датчика Схема виконана у значених факторів, що обумовлює розходження в вигляді вимірювального моста, в одне плече якого крутості вольт-амперних характеристик у робочій включені послідовно з'єднані робочий і порівняльточці ний чутливі елементи 1 і 2, один із яких, що має більшу крутістю вольт-амперної характеристики, На фіг 1 приведені вольт-амперні характерисшунтований резистором 3, який підбирають при тики елементів реальної термогрупи 1, 2 (для бібалансуванні вимірювального моста, а в друге льшої наочності нами взята термогрупа зі значним плече включені послідовно з'єднані баластові рерозкидом параметрів термоелементів) При номізистори 4, 5 і 6, один з них 5 є перемінним Пернальному режимі живлення (у конкретному випадшим виходом мостової вимірювальної схеми є ку при струмі через елементи 180мА) і застосуванзагальна точка чутливих елементів 1 і 2, а другим ні відомої схеми включення балансування виходом є рухливий контакт перемінного баластомостової вимірювальної схеми здійснюється шлявого резистора 6 хом зміни потенціалу точки "В" мостової вимірювальної схеми (див додаток), що еквівалентно При подачі на вимірювальний перетворювач зміщенню вольт-амперної характеристики одного з номінальної напруги живлення через його резиселементів на таку ж напругу (крива 3, фіг1) Як тори протікають струми, що залежать від параметвидно з фіг1, зміщення нуля при ЗМІНІ величини рів схеми Якщо опір гілок моста, утворених баластруму через термоелементи на 1% досягає в тастовими резисторами 4, 5 і 6 рівний, то величина кому випадку до п'яти МІЛІВОЛЬТ Аналогічна ситуанапруги на них буде Un/2, а вольт-амперні харакція спостерігається в цьому випадку і при ЗМІНІ теристики цих гілок моста будуть ідентичними ІНШИХ параметрів, що впливають на температурВольт-амперні характеристики чутливих елементів ний режим елементів, наприклад температури в атмосфері чистого повітря в загальному випадку середовища відрізняються (див фіг1, криві 1 і 2) і не перетинаються при номінальній напрузі живлення моста Задачею запропонованого винаходу є підвиПри шунтуванні елемента з більшою крутістю щення точності виміру шляхом зменшення додатвольт-амперної характеристики, який визначають кових погрішностей виміру від зміни величини наза полярністю вихідного сигналу вимірювального пруги живлення мостової вимірювальної схеми, перетворювача, вольт-амперна характеристика температури, вологості, тиску та інших факторів цієї гілки 4 (будується шляхом підсумовування навколишнього середовища абсцис кривої 1 і кривої 5, що представляють соЗазначена задача досягається тим, що у ВІДОбою ВІДПОВІДНО вольт-амперну характеристику МІЙ схемі включення термокаталітичного датчика з елемента і шунта) зміщається вниз Величина цьорозміщеними в одному плечі вимірювального мосго зміщення залежить від опору шунтових резиста послідовно з'єднаними робочим і порівняльним торів Змінюючи опір шунта можна домогтися печутливими елементами, а в іншому плечі моста ретинання зазначених вольт-амперних послідовно з'єднаних баластових резисторів, хоча характеристик при номінальній напрузі живлення б один із яких є перемінним, паралельно чутливомоста (криві 2 і 4), а отже установити нуль мостому елементу з більшою крутістю вольт-амперної вої вимірювальної схеми характеристики підключають резистивний шунт для вирівнювання вольт-амперних характеристик чуттєвих елементів датчика Така схема спочатку балансується перемінним баластовим резистором при мінімально можливому значенні фактора, що впливає на температурний режим елементів, змінюючи величину опору якого встановлюють нульове значення вихідного сигналу мостової вимірювальної схеми в атмосфері чистого повітря, потім зміною величини перемінного шунтового резистора встановлюють на виході схеми нульові значення вихідного сигналу при максимально можливому значенні фактора, що впливає на температурний режим елементів, причому ці операції повторюють до встановлення на виході моста нульового (мінімального) значення сигналу при мінімальному і максимальному значеннях фактора, що впливає на температурний режим елементів В іншому варіанті схеми включення, з метою спрощення настроювання вимірників, паралельно плечу вимірювального моста з послідовно з'єдна Слід зазначити, що на відміну від прототипу при запропонованій схемі включення і встановленні нуля шляхом добору опору ланцюжка шунтових резисторів, що включені паралельно елементу із більшою крутістю вольт-амперної характеристики, крутість вольт-амперних характеристик гілок у робочій точці значно вирівнюється (криві 2 і 4) Тому зміни величини напруги живлення мостової вимірювальної схеми, температури, вологості, тиску та інших факторів навколишнього середовища, що впливають на температурний режим елементів, приводять до значно меншого зміщення нуля мостової вимірювальної схеми, ніж у прототипі Наприклад, для термогрупи з характеристиками приведеними на фіг 1 при ЗМІНІ величини струму через термоелементи на 1% зміщення нуля складає для цього випадку 0,7 - 0,8мВ, на відміну від 5мВ для прототипу Характерним є також те, що міняється не тільки величина, але і характер зміщення нуля у першому випадку (прото 62861 тип) при зменшенні струму через елементи (що еквівалентно зниженню температури середовища чи збільшенню її теплопровідності) нуль зміщується в область позитивних значень вихідної напруги (криві 1 і 3), при встановленні нуля шунтовим резистором - в область негативних його значень (криві 2 і 4) Різний характер зміщення нуля мостової вимірювальної схеми, дозволяє при балансуванні мостової вимірювальної схеми підібрати такий режим и роботи, при якому в робочій області практично вирівнюються вольт-амперні характеристики термоелементів і виключається зміщення нуля вимірювального моста при можливих змінах параметрів середовища і напруги живлення Підбір такого режиму здійснюється в наступній ПОСЛІДОВНОСТІ спочатку схема настроюється перемінним баластовим резистором при мінімально можливому значенні фактора, що впливає на температурний режим елементів, (наприклад, напруги живлення моста), змінюючи величину опору якого встановлюють нульове значення вихідного сигналу мостової вимірювальної схеми в атмосфері чистого повітря, потім зміною величини перемінного шунтового резистора встановлюють на виході схеми нульові значення вихідного сигналу при максимально можливому значенні фактора, що впливає на температурний режим елементів, причому ці операції повторюють до встановлення на виході вимірювального перетворювача нульового (мінімального) значення сигналу при мінімальному і максимальному значеннях фактора, що впливає на температурний режим елементів Найбільш просто балансування вимірювального моста здійснювати при ЗМІНІ напруги живлення мостової вимірювальної схеми, зміна якої на 1% від номінальної приводить до зміни температурного режиму термоелементів еквівалентного його ЗМІНІ при можливих коливаннях інших параметрів шахтної атмосфери, що впливають на температурний режим елементів, (температури, газового складу тощо) На фіг 3 приведений другий варіант схеми включення термокаталітичного датчика, при застосуванні якого непотрібна інформація стосовно того, який елемент має більшу крутість вольтамперної характеристики, що спрощує настроювання схеми, наприклад, при заміні термогруп в умовах експлуатації Схема виконана у виді вимі рювального моста, в одне плече якого включені послідовно з'єднані робочий і порівняльний чутливі елементи 1 і 2 Паралельно їм підключений ланцюжок шунтових резисторів 3, 7, 8 один із яких є перемінним 7 і своїм рухливим контактом приєднаний до загальної точки чутливих елементів 1 і 2, що є першим виходом мостової вимірювальної схеми В друге плече включені послідовно з'єднані баластові резистори 4, 5 і 6, один з них 5 є перемінним, а його рухливий контакт є другим виходом вимірювального моста Балансування цієї схеми здійснюється аналогічно попередньої При дії на вимірювальний перетворювач, збалансований описаним вище способом, атмосфери з горючим газом, що згорає на робочому 1 елементі і підвищує його температуру, а значить і опір, потенціал точки "А" зміниться і на виході мостової вимірювальної схеми з'явиться сигнал, пропорційний вмісту горючого газу в атмосфері Запропоновані схеми включення і спосіб балансування дозволяють не тільки установити нульові показання моста при відсутності горючого газу в атмосфері (як у прототипі) але і забезпечити практичну ідентичність вольт-амперних характеристик гілок моста з чутливими термоелементами при номінальному режимі живлення моста У збалансованому вимірювальному перетворювачі при ЗМІНІ, наприклад, напруги живлення зміна напруги на гілках моста з робочим 1 і порівняльним 2 чутливими елементами через зміну споживаного струму будуть практично не відрізнятися один від одного і дадуть практично однакові прирости Це дозволяє виключити додаткову погрішність вимірів у даному випадку від зміни напруги живлення Аналогічно зменшується вплив інших факторів, що впливають на точність вимірювання, що дозволяє значно підвищити стабільність нуля мостової вимірювальної схеми й істотно поліпшити метрологічні характеристики газоаналізаторів Величини шунтових опорів 3, 7, 8 залежать від можливого розкиду характеристик чутливих елементів 1, 2 і їх вибирають на один, два порядки більше опорів чутливих елементів Схема включення термокаталітичного датчика і спосіб її балансування, що заявляються, підвищують точність виміру метану в робочих умовах експлуатації, а значить і надійність роботи автоматичного газового захисту, чим забезпечують соціальний ефект впровадження винаходу 62861 Комп'ютерна верстка А Крулевський Підписне Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119