测量比较法

在测量技术中，经常使用一种方法来提高精度，该方法基于将被测量的值与通过特殊量具再现的量的值进行比较。在这种情况下，测量不同（差分）信号，并且由于测量通常具有较小的误差，因此确保了较高的测量精度。

这种方法是测量电桥和电位器工作的基础。

通常，对测量重现的值进行调整，并在测量过程中将其值设置为恰好等于测量值的值。

在测量桥梁时，电阻被用作这样的测量 - 流变仪，借助它可以平衡热传感器的电阻，当物体的温度变化时电阻会发生变化。

具有稳压输出的稳定电压源通常用于测量电位器。在测量过程中，使用这种电源的电压，补偿传感器产生的 EMF。在这种情况下，这种测量方法称为补偿。

在这两种情况下，后面的设备（devices）的任务只是记录测量值和measure相等的事实，因此对它们的要求大大降低了。

通过测量电桥确定温度

例如，考虑手动模式下测量电桥的操作原理。

图 1a 显示了一个电桥电路，用于测量某个物体的温度 Θ 以控制 OR（或测量 OI）。这种电路的基础是四个电阻器 RTC、Rp、Rl、R2 的闭合电路，形成所谓的桥臂。这些电阻的连接点称为顶点（a、b、c、d），连接相对顶点（a-b、c-d）的线称为电桥的对角线。其中一条对角线（c-d，图 1.a）提供电源电压，另一条（a-b）用于测量或输出。这样的电路称为电桥，它为整个测量设备命名。

RTC 电阻器是一个主要的温度测量传感器（热敏电阻），靠近测量对象（通常在其内部），并使用长达数米的电线连接到测量电路。

这种热转换器的主要要求是其有源电阻 RTC 与所需测量范围内的温度的线性相关性：

其中R0是热转换器在温度为Θ0（通常为Θ0 = 20°C）时的标称电阻：

α——取决于热转换器材料的温度系数。

最常用的金属热敏电阻 TCM（铜）和 TSP（铂）有时也称为金属热敏电阻 (MTP)。

可变电阻Rp就是上面讨论的高精度变阻器（测量），用来平衡可变RTC。电阻器 R1 和 R2 构成桥式电路。如果它们的电阻 R1 = R2 相等，则桥电路称为对称电路。

此外，图。 1.a 显示了一个用于固定桥梁平衡的空装置 (NP) 和一个带有摄氏刻度刻度的箭头。

米。 1. 测量电桥测温： a) 手动方式； b) 自动模式

从电气工程中得知，当桥的相对臂的电阻乘积相等时，即实现了桥的平衡（平衡）条件，即考虑到连接传感器的电线的电阻：

其中 Rp = Rp1 + Rp2 是导线电阻之和；或对称电桥 (R1 = R2)

在这种情况下，测量对角线上没有电压，零设备指示零。

当物体的温度θ发生变化时，RTC传感器的阻值发生变化，平衡被打破，必须通过移动滑线的滑块来恢复。

在这种情况下，箭头将与滑块一起沿刻度移动（图 1.a 中的虚线表示滑块和箭头之间的机械连接）。

读数仅在平衡时刻进行，这就是为什么此类电路和设备通常被称为平衡测量电桥的原因。

测量电路的主要缺点如图 1 所示。 1.a, 是由电线电阻 Rp 引起的误差，它会根据环境温度而变化。

可以使用三线连接传感器的方法消除此错误（见图 1.b）。

其本质在于，在第三根导线的帮助下，电源对角线上的“c”直接移至热阻，而其余两根导线 Rп1 和 Rп2 位于不同的相邻臂中，即对称桥的平衡状态变换如下：

因此，要完全消除误差，在将传感器连接到电桥电路时使用相同的导线 (Rp1 = Rp2) 就足够了。

自动温度控制系统

要实现自动测量模式（图 1b），只需将相敏放大器 (U) 和带齿轮箱的可逆电机 (RD) 连接到测量对角线而不是调零装置就足够了。

根据物体温度变化的性质，滑行道将向一个方向或另一个方向移动 RP 滑块，直到建立平衡。 a-b 对角线上的电压将消失，电机将停止。

此外，如有必要，发动机将移动指示器指针和记录器 (PU)，以记录图表条 (DL) 上的读数。图形条由同步电机 (SM) 以恒定速度驱动。

从自动控制理论的角度来看，该测量装置是一个自动控制（SAK）温度系统，属于负反馈伺服系统类。

反馈功能是通过将电机轴 RD 机械连接到记录 Rp 来实现的。设定点是 TC 热电偶。在这种情况下，桥接电路执行两个功能：

1.比较装置

2.转换器（ΔR 到 ΔU）。

电压 ΔU 是误差信号

换向电机是一个执行元件，输出值是1个箭头（或记录单位）的移动，因为每个SAC的目的是以一种便于人类感知的形式提供有关控制值的信息。

KSM4 测量电桥的实际电路（图 2）比图 1 稍微复杂一些。 1.b.

电阻器 R1 是一根线——缠绕在绝缘线上的高电阻线。活动电机在滑线上滑动并跨过平行于滑线的铜总线。

为了减小电机的瞬态接触电阻对测量精度的影响，将与电机分开的两部分滑线包含在电桥的不同臂中。

其余电阻的用途：

• R2、R5、R6 — 操纵，改变测量限制或刻度范围，

• R3、R4 — 设置（选择）刻度开始时的温度，

• R7、R9、P10——完成桥接电路；

• R15 — 调整电桥不同臂上导线 Rп 的电阻相等性，

• R8 — 限制热敏电阻电流；

• R60 — 限制放大器的输入电流。

所有电阻器均由锰铜线制成。

该桥由来自电源变压器的特殊绕组的交流电压 (6.3 V) 供电。

放大器 (U) — 相敏交流电。

执行可逆电机 (RD) 是一种带有内置变速箱的两相感应电机。

米。 2. KSM4单通道测温模式示意图。