Avtomatlashtirish va boshqarish

t °S	TEO‘, ye, mV			t °S
TEO‘, ye, mV
	PP(S)	XA(K)	XK(L)	PP(S)	XA(S)	XK(L)
-240		-6,344		650	5,751	27,022	53,484
-200		-5,892	-9,488	700	6,274	29,128	57,856
-160		-5,141	-8,207	750	6,805	31,214	62,200
-120		-4,138	-6,575	800	7,345	31,277	66,469
-80		-2,92	-4,431	850	7,892	35,314
-40		-1,527	-2,500	900	8,448	37,325
0	0,000	0,000	0,000	950	9,012	39,310
50	0,299	2,022	3,306	1000	9,585	41,269
100	0,645	4,095	6,860	1050	10,165	43,202
150	1,029	6,137	10,621	1100	10,754	45,108
200	1,440	8,137	14,557	1150	11,348	46,985
250	1,873	10,151	18,639	1200	11,947	48,828
300	2,323	12,207	22,839	1250	12,550	50,633
350	2,786	14,292	27,132	1300	13,155	52,398
400	3,260	16,395	31,488	1400	14,368
450	3,743	18,513	35,882	1500	15,576
500	4,234	20,640	40,292	1600	16,771
550	4,732	22,772	44,700	1700	17,942
600	5,237	24,902	49,098

XA termoparaning tavsifi qolganlariga qaraganda chiziqliroqdir. Bu uchala termoparalardan eng aniq ishlaydigani PP hisoblanadi. Real darajalash tavsifining nominaldan og‘ishi TEO‘ ning sinfi bilan belgilanadi. Aniqlik sinflari 1, 2, 3 raqamlari bilan belgilanadi (tartib bilan birga xatolik ham oshib boradi), chunki sinf ichida xatolik o‘lchanayotgan haroratga bog‘liq bo‘lishi mumkin (6.3 - jadval).

Termoparalarning o‘zgartirish (sezgirlik) koeffitsienti deb termoEYuK ni o‘zgarishini ushbu o‘zgarishni keltirib chiqargan ishchi uchning haroratini o‘zgarish qiymatiga nisbatiga aytiladi va S = ΔE/Δt (mV/grad) shaklida yoziladi.

6.2. rasm. O‘zgartgichlarning nominal statik tavsivlari (a), ishchi spayning sxemasi (b) va plastinaning haroratini o‘lchash usullari.

O‘lchanayotgan haroratning son qiymatini olish uchun termoo‘zgartirgichga termoparaning termoEYuK ni o‘zgarishini ko‘rsatuvchi, shkalasi gradusda darajalangan ikkilamchi asbob ulash zarur. Bunday bog‘lanish termoelektrik termometr deb ataladi. Keyingi tushuntirishlarda ushbu atama qo‘llaniladi. S =f(t) bog‘liqlik baholanayotganda S = ΔE/Δt ifodadagi Δt harorat intervali iloji boricha kichik qilib olinadi – nazariy jihatdan S = dE/dt hosilani ishlatish mumkin.

Ushbu holda ham “uchinchi o‘tkazgich haqida” gi teorema o‘rinlidir.

6.3. Jadval
Haroratlar uchun ruxsat tilgan og‘ish chegaralari

TO‘ guruhi	Aniqlik sinfi	Haroratlarni o‘lchash diapazoni, °C	Ruxsat etilgan og‘ishlar chegarasi ± Δt, ° C
MVDT	3 2 1	-200...-66 -66...40 -40...135 135...400 -40...125 125...350	0,015|t| 1,0 1,0 0,0075 |t| 0,5 0,004 |t|
VR(L)	3 2	1000...2550 1000...2550	0,007 (t) 0,005 (t)
PRT (V)	3 2	600. ..800 800... 1800 600... 1800	4,0 0.005 |t| 0,0025 |t|
PPT (S,R)	2 1	0...600 600...1600 0...1100 1100...1600	1.5 0,0025(t) 1,0 1,0 + 0,003(t - 1100)
XAT (K) NNT (N)	3 2 1	-250...-166,7 -166,7...40 -40...333,4 333,4...1350 -40...375 375...1350	0,015 |t| 2,5 2,5 0,0075 |t| 0.5 0,004 |t|
XKT (L)	3 2	-200...-100 -100...100 -40...300 300...800	0,015 |t| 2,5 2,5 0,7 + 0,005 |t|
XKT (E)	3 2 1	-200...-166,7 -166,7...-40 -40.. .333,4 333,4...900 -40. ..375 375...800	0,015 |t| 2,5 2,5 0,0O75 |t| 1,5 0,004 |t|
TKT (J)	2 1	-40.,.333,4 333,4...900 -40...375 375...750	2,5 0,0075 |t| 1,5 0,004 |t|
XATU 4,..20mA		0...1000	0,5; 1 % (keltirilgan)
Metran- 286 chiqish signali 4...20mA		0...1000	0,75 % analogli signal bo‘yicha, 0,5 % raqamli signal bo‘yicha (keltirilgan)

Yuqorida keltirilgan teoremadan juda ko‘p farazlar kelib chiqadi. Agar payvandlash qatlamidagi barcha nuqtalarda faqat harorat bir xil bo‘ladigan bo‘lsa, termoparalarning ishchi nuqtasini ixtiyoriy materiallardan payvandlash yo‘li bilan hosil qilish mumkin (6.2, b - rasm).

Uchinchi o‘tkazgichni ulash haqidagi teorema qator xulosalarga ega (6.2, v-rasm). Agar metall bo‘lakchasi sirtining barcha nuqtalaridagi harorat bir xil bo‘lsa, metall bo‘lakchasining haroratini 1-sxema bo‘yicha metalga har bir elektrodni alohida biriktirib, yoki 2-sxema bo‘yicha metalga termoparaning ishchi uchlarini biriktirib o‘lchash mumkin.
Termoparalarning termoEYuK E(t, t0) termoo‘zgartirgichlarning erkin va ishchi harorati t₀ ga bog‘liq. Shuning uchun ikkilamchi asboblarni harorat birliklarida darajalash uchun t₀ ga ma'lum bir qiymat berish lozim. Masalan, avtomatik potensiometrlar uchun t0 ning hisobiy qiymati t0 = 20 °S, millivoltmetrlar uchun t₀ = 0 °S. Nominal statik tavsif t₀ = 0 °S dan beriladi. Shuning uchun boshlang‘ich qiymat sifatida t₀ = 0 °S ni qabul qilamiz. Agar real qiymat 1⁰ bo‘lib, noldan farq qilsa nima qilish kerak? t₀ > 0 °S deb faraz qilaylik. TermoEYuK ni dan boshlab hisoblashning umumiy formulasi quyidagicha:
(6.1)

ya'ni t₀ > 0 °S da termoparaning termoEYuK ni qiymati, ishchi uchning harorati t va erkin uchning harorati 0 °S bo‘lganda hosil bo‘ladigan termoEYuK ning qiymatiga teng miqdorda kamayadi.

Agar t₀ ning ma'lum qiymatida (masalan, asbob bilan o‘lchanayotganda) termoparada hosil bo‘ladigan E(t, t₀) termoEYuK ma'lum bo‘lsa, unda t ning qiymatini aniqlash uchun nominal statik tavsifdan foydalanish tartibi quyidagicha bo‘ladi (6.3, a-rasm):
E(t₀, 0) qiymat topiladi (quyidagi shtrixlangan chiziq);
E(t₀, 0) ga o‘lchangan ye(t, t₀) qiymat qo‘shiladi;
yig‘indining ordinatasi E(t, 0) ga mos keladi va u bo‘yicha t ni aniqlash mumkin (yuqori shtrixlangan chiziq).
Qanday qilib erkin va nol uchlardagi haroratlarning farqi amaliy to‘g‘rilanadi? Agar t0 qiymat o‘zgarmas bo‘lsa, unda to‘g‘rilashni ikkilamchi asbobning siljishi bilan amalga oshirish mumkin. Lekin real sharoitlarda t0 – bu atrof muhit harorati o‘zgaruvchan bo‘lgan ob'ekt ichidagi termopara uchlarining harorati. Bunday hollarda to‘g‘rilashlar yo alohida blok ko‘rinishida tayyorlangan yo asbobning o‘lchash sxemasiga kiritilgan avtomatik qurilma orqali amalga oshiriladi. Harorat t0 ga teng bo‘lganda erkin uchlardagi haroratlarni o‘lchash uchun avtomatik kompensatorlar termosezgir elementlardan tashkil topadi. Kompensatorlar termoo‘zgartirgichning erkin uchlari yaqiniga joylashtiriladi.
Endi biror bir vaziyatni ko‘z oldimizga keltirib ko‘ramiz: quvurdagi harorat uzunligi 1 metr bo‘lgan termoo‘zgartirgich (ya'ni termopara elektrodlarining uzunligi 1 metr) bilan o‘lchanayapti, bu yerda termoo‘zgartirgich boshining (termopra elektrodlarining uchlarini) harorati 60 °S. Kompensator harorati 20 °S bo‘lgan ikkilamchi asbobning ichiga o‘rnatilgan. Ushbu holda ikkilamchi asbob U = E(20) kuchlanish ishlab chiqaradi (chunki uning termosezgir elementi 20 °S haroratga ega), to‘g‘rilash uchun esa 60 °S kiritish kerak, U = E(60). Nima qilish kerak? Ushbu holda termoo‘zgartirgichni termoelektrodli uzaytirish simlari (TE-simlari) deb ataluvchi maxsus simli kompensatorga ulash lozim. TE-simlar o‘z xossasiga ko‘ra bir xil uzayish elektrodli bo‘lishi, ya'ni har bir elektrod o‘z simlari bilan uzaytirilishi kerak.
Uzaytirilgan elektrodlar, ya'ni TE-sim uchlarining harorati – erkin uchlarning t0 harorati bo‘lib, EYuK zanjiridagi ye(t, t0) bilan aniqlanadi.

6.3.rasm. Erkin uchlaridagi haroratni o‘zgarishiga kiritilgan tuzatish grafigi (a) va termopara zanjiri sxemasi (b)

Agar elektrodlarga ikkita sim ulangan bo‘lsa, unda erkin uchlarning harorati termopara elektrodlarining haroratiga teng bo‘ladi. Masalan, agar 1 sohada (6.3, b-rasm) bitta uzaytiruvchi sim tortilgan bo‘lsa, unda erkin uchlarning harorati 40 °S ga, agar ikkita bir xil simlar tortilgan bo‘lsa erkin uchlarning harorati 30 °S ga teng bo‘ladi.
6.4.rasm. uzaytiruvchi elektrod simlarning tavsifi.
Uzaytirish simlarining bir xilligi nimani anglatadi? Masalan, XKT o‘zgartirgichida xromelli elektrod xromeldan tayyorlangan sim bilan, kopelleylisi kopelleyli sim bilan uzaytirilsin. Bu holda elektrodlar o‘zlari tayyorlangan material yordamida uzaytirilishi nazarga tutiladi. Boshqacha yondoshish ham mumkin: uzaytiruvchi simlarning darajalanish tavsiflari bir xil bo‘lishi kerak. 6.4-rasmda XA va boshqa ikkita termoparalarning o‘xshash tavsiflari keltirilgan. Ikkita termoparalardan biri mis-konstantanli va boshqasi (MT-NM) «mis + titan» – «nikel + mis» elektrodlardan tashkil topgan. Tavsiflardan birinchisi (0...100) °S diapazondagi XA termoparaning tavsifi bilan mos keladi. Simlar juftligi qoidasidan kelib chiqqan holda «mis + konstantan» juftlik, ulanish joyining harorati 100 °S dan oshmaganda XA termoparaning uzaytiruvchilari sifatida qo‘llanilishi mumkin. Bunda mis sim xromelli elektrodni, konstantalisi alyumenli elektrodni uzaytirish uchun ishlatiladi. MT-NM simlar juftligi ham uzaytirgich sifatida ishlatilishi mumkin, lekin ularning qo‘llaniladigan harorat diapazoni 300 °S gacha kengayadi.
Uzaytiruvchi simlardan foydalanishda ularning ulanish qoidalari (ulanish qutblariga) ga qat'iy amal qilish lozim. Masalan, xromelli elektrodni konstantanli sim bilan, alyumenli simni misli sim bilan uzaytirib bo‘lmaydi.
Termoparalarning darajalash tavsiflari va uzaytirish o‘tkazgichlarining bir biri bilan to‘la mos tushmasligi natijasida qo‘shimcha xatolik kelib chiqadi (6.4-jadval). Ushbu xatolikni haroratni o‘lchashdagi umumiy xatolikni baholashda hisobga olishga to‘g‘ri keladi.
6.4. Jadval
Uzaytiruvchi simlarning tavsifi

TEO‘ NST	Simlar juftligining nomi	Belgilanishi	Maksimal ishchi harorat, °S	Xatolik, °S
XA(K)	mis-konstantan	M	100	5,5
XA(K)	mis-titan/mis-nikel	MT-NM	300	4,9
XK(L)	xromel/kopel	XK	100	3,3
PP(R)	mis/ TP qotishmasi	P	100	2,4
MK(M)	mis/kopel	MK	100	3,3
VR(A)	mis/mis-nikel	M-MN	100	4,2
Eslatma. PR tipidagi termoo‘zgartirgichlar uzaytirish simlarisiz ishlatiladi.

Me'yorlashtiruvchi o‘zgartirgichlarning bosh qismiga o‘rnatilgan termoparalardan foydalanganda uzaytirish simlarini ishlatish zarur bo‘lib, termopara erkin uchlarining haroratlariga to‘g‘rilash kiritish mumkin va ushbu o‘zgartirgichlarning chiqishida unifikatsiyalangan tokli yoki raqamli signal hosil qilinadi. Bunday o‘zgartirgichlar qatoriga XATU, Metran 281 (intellektual) va XAT termoparalar kiradi. Ushbu termoo‘zgartirgichlarning tavsiflari 6.3-jadvalda keltirilgan. Erkin uchlarning haroratlariga bo‘lgan ta'sirlarni kompensatsiyalash uchun ichki Ptl00 va tashqi sensorlar qo‘llaniladi. Haroratlar farqini hisoblash yoki zahiralash maqsadida ikkita termopara qo‘llashga ruxsat etiladi. Turli termoparalar qo‘llanilganda o‘lchashlar -200 dan 2300 °S gacha bo‘lgan harorat diapazonlarida ±(1...3) °S xatolik bilan amalga oshiriladi.

6.2. Kompensatsiyalash qurilmasi

Kompensatsiyalash qurilmasi TEO‘ erkin uchlarini haroratini o‘zgarishini ikkilamchi asbobning ko‘rsatishi yoki me'yorlashtiruvchi o‘zgartirgichning chiqish signaliga ta'sirini avtomatik tarzda kompensatsiyalash uchun mo‘ljallangan. Qurilmaning asosiy sxemasi o‘zgarmas kuchlanish (tokning turi bo‘yicha) manbaiga ulangan to‘rt yelkali muvozanatlashgan ko‘prik hisoblanadi (6.8 a-rasm).

6.8.rasm. Ko‘prik kompensatorining soddalashtirilgan sxemasi (a) va ning grafik bog‘liqligi.
Ko‘prik uchta doimiy R1, R2, R3 qarshiliklardan tashkil topgan. To‘rtinchi Rt rezistor mis yoki platina simdan tayyorlangan bo‘lib, uning qarshiligi harorat ortishi bilan oshib boradi. Ushbu rezistor doimo erkin uchlar haroratiga ega bo‘lishi kerak, chunki termoo‘zgartirgich, masalan XA termopara kompensatorga TE1 va TE2 uzaytirish simlari orqali ulanadi (agar termoo‘zgartirgich uzun bo‘lsa, u kompensatsiyalash qurilmasi KQ ga bevosita ulanadi). Ko‘prik sxemasi faqat bitta uzatish simiga ulanad (6.5, a – rasmda a va b tugunlar orasi, ikkinchi a'–b' tugunlar ulagich orqali ulanadi). Kompensator va o‘lchash asbobi o‘ratsida bir xil uzatish simlaridan foydalaniladi. Ko‘prik sxemasining ta'minot manbai manba bloki (MB) hisobidan amalga oshiriladi. 6.5, a – rasmda o‘lchash asbobining quyi o‘lchash chegarasi 0°S bo‘lgan hol uchun kompensatorning sodda varianti keltirilgan.

Kompensatsiyalashning mohiyati shundan iboratki, ko‘prik sxemaning a va b nuqtalari orasida son jihatdan E(t0, 0) EYuK ga teng bo‘lgan Uab kuchlanish ishlab chiqilishi kerak bo‘lib, t0 > 0 bo‘lganda: Uab = E(t0, 0), soddalashtirilgan shart bo‘yicha qaraladigan bo‘lsa, ko‘prik t0 - 0 °S da muvozanatlashishi kerak. Ushbu kuchlanish termopara EYuK i bilan algebraik qo‘shilishi kerak, chunki O‘A ning kirishiga yig‘indi kuchlanish Ukir beriladi:

Kompensatorga bo‘lgan talab aniq: Uab kuchlanish t0 o‘zgarganda o‘zgarishi kerak, chunki ixtiyoriy t0 da Uab = E(t0, 0) shart bajarilishi kerak.
Ko‘prikli kompensatordan tashkil topgan sxemani tahlil qilishda termoEYuK va Uab kompenslovchi kuchlanishni qutblanishga tekshirish muhim hisoblanadi. Bunda quyidagi ifodadan foydalanish maqsadga muvofiqdir:

Quyidagilarni esda saqlash lozim:

to‘g‘ri ishlovchi kompensatorda ixtiyoriy t0 uchun Uab va E(t0, 0) teng bo‘ladi;
to‘g‘ri yig‘ilgan sxemada asbobning Ukir kirish kuchlanishi ye(t, 0)ga teng bo‘lishi kerak.
Ko‘prik sxema uchun manbaning ichki qarshiligi nol va yuklanishning qarshiligi cheksiz katta bo‘lganda quyidagi ifoda o‘rinli:
(6.2)

t₀ ning qiymati nol bo‘lganda to‘g‘rilash kiritish zarur emas, ya'ni Uab nol qiymatli bo‘lishi va ko‘prik muvozanat holatida bo‘lishi kerak. Ushbu nol qiymat hosil bo‘lishi uchun (6.2) ifodaning surati nolga teng bo‘lishi, ya'ni ko‘prikning muvozanat sharti bajarilishi kerak:

R1, R2, R3 lar o‘zgarmas bo‘lganda t0 ning ortishi bilan Rt oshib boradi va Uab ning qiymati o‘sib boradi.
Tuzatish kiritishdagi xatolikni ko‘rib chiqamiz. Aniq tuzatish kiritish uchun o‘lchash diapazonidagi ixtiyoriy t0 ning qiymatida Uab = E(t0, t) tenglik aniq ta'minlanishi lozim. Lekin haqiqatda ushbu shartni bajarish qiyin (6.5, b-rasm). Rasmda ye(t0, 0) =f(t0) bog‘liqlikning grafigi keltirilgan bo‘lib, bu bog‘liqlik mohiyatiga ko‘ra termoparaning t0 o‘lchash diapazonidagi darajalash tavsifining sohasi hisoblanadi. Shu yerning o‘zida (6.2) ifoda bilan aniqlanuvchi Uab =f(t0) bog‘liqlik keltirilgan.
Egri chiziq turli shaklga ega bo‘lishi mumkin, chunki ixtiyoriy t0 uchun Uab = E(t0, 0) tenglikni ta'minlab bo‘lmaydi, demak haroratni kompensatsiyalash xatoligi yuzaga keladi. t0 haroratdagi ushbu xatolik quyidagi formula bo‘yicha hisoblanishi mumkin:

bu yerda S – ishchi uchining harorati t0 bo‘lgan termoparaning o‘zgartirish koeffitsienti.

TEO‘ ning erkin uchlari haroratiga tuzatish kiritish uchun kuchlanishni o‘lchashda potensiometrdan foydalanganda uning sxemasida mis rezistor bo‘lmasligi kerak.
Bir nechta turdagi kompensatsiyalash qurilmalari mavjud. Rostlagichli komplektda sovuq kavsharlangan nuqtalar qutisi SKQ, tor profilli millivoltmetrli komplektda KT turidagi qurilma, AES da quvvatni kompensatsiyalash qurilmasi QKQ ishlatiladi. Birlashtiruvchi qutilardan ham foydalanish mumkin. Qutilar o‘zlarida kovak metall silindrlar – ichiga TEO‘ ning uchlari kiritiladigan (uzaytiruvchi simlar ishlatilmaydi) issiqlik ekranlarini namoyon qiladi. Issiqlik ekranlari erkin uchlardagi haroratni ma'lum bir qiymatgacha stabillaydi. Ekranning ichki qismiga erkin uchlarga yaqin qilib, (0,1 ...0,2) °S xatolik bilan erkin uchlarning haroratini o‘lchash imkonini beruvchi platinali qarshilik termoo‘zgartirgichlari o‘rnatiladi. O‘zgartirgichdan signal ishlov berish uchun hisoblash qurilmasiga yuboriladi. Hozirgi vaqtgacha KS-545, KS-513M, UK82-01 rusumdagi biriktiruvchi qutilar qo‘llaniladi.
Turli tipdagi o‘zgartirgichlar, masalan XKT va XAT lar uchun foydalaniladigan kompensatorlar nimasi bilan farqlanadi? – degan savol tug‘iladi. Buning uchun XK va XA termoparlarning turli darajalash tavsiflarini baholash kerak. XK termoparaning o‘zgartirish koeffitsienti XA nikiga qaraganda katta, shuning uchun ham erkin uchlarning harorati bir xil t0 bo‘lganda XK holatdagi kompensatsiyalash ko‘prigi ikkinchisiga qaraganda ko‘proq Uab kuchlanish ishlab chiqishi kerak. Uab kuchlanishning o‘zgarishi (6.2) dan kelib chiqqan holda manba kuchlanishining o‘zgarishi hisobiga o‘zgaradi.
Kvarsli termoo‘zgartirgichlar haroratni chastotali signalga aylantirish uchun ishlatiladi. O‘zgartirgining sezgir elementi kvarsli rezanator hisoblanib, uning tebranish chastotasi uning harorati bilan aniqlanadi. O‘lchanayotgan harorat t ning chastota f bilan bog‘liqligi quyidagi ko‘rinishga ega:

bu yerda t₀, f₀ – harorat va chastotaning tayanch qiymatlari; k1, k2, k3 – o‘zgartirgichning darajalanishidan aniqlanuvchi o‘zgarmaslar.

Haroratning ishchi daipazonida chastota 100 dan 1 kGs gacha bo‘lgan chegaralarda o‘zgaradi. Haroratni chastotaga aylantirish o‘zgartirgichi 0...150 °S harorat diapazonida ±0,1 °S xatolikka, 200 °S gacha bo‘lgan diapazonda esa ± 0,2 °S xatolikka ega. Ushbu termoo‘zgartirgichlar bilan issiqlik hisoblagichlarning ayrim turlari bir komplekt tarkibida ishlashi mumkin.