Соловцов В.К., Контрольно-измерительные приборы

Подождите немного. Документ загружается.

Равномерные шкалы (например, для образцовых маномет-

ров) обычно рассчитывают и изготовляют без предварительной

градуировки. После установки такой шкалы на прибор доста-

точно отрегулировать измерительный механизм или схему таким

образом, чтобы крайние отметки совпадали с соответствующими

значениями измеряемой величины. Все остальные отметки долж-

ны после этого иметь правильное значение без какой-либо допол-

нительной регулировки.

Указатели (стрелки) стрелочных приборов имеют копьевид-

ную или ножевидную форму.

Рис. 9. Формы шкал:

а — прямолинейная, б — дуговая, в — круговая

Стрелка показывающего прибора должна иметь минимальный

вес при достаточной прочности, устойчивость против вибрации.

Конец стрелки должен быть соразмерным с толщиной штрихов

шкалы. Если указатель толще отметок шкалы, то наблюдателю

трудно отсчитывать доли деления, слишком тонкий конец стрел-

ки плохо виден на расстоянии.

При отсчете показаний возможны ошибки от параллакса —

кажущегося смещения отметок шкалы относительно указателя

при перемещении глаза самого наблюдателя. Ошибка от парал-

лакса может быть тем больше, чем дальше от шкалы расположен

указатель. С целью уменьшения таких ошибок применяют зер-

кальные шкалы. При отсчете показаний по зеркальной шкале на-

блюдатель выбирает правильное положение, совмещая указатель

с его отражением в зеркале.

В лабораторной практике широко применяют приборы с так

называемым световым отсчетом (рис. 10). Роль указателя в таких

приборах выполняет световой луч, отражаемый на шкалу зер-

кальцем, закрепленным на подвижной части прибора. Зеркальце

освещается неподвижным осветителем. Использование светового

луча позволяет, во-первых, облегчить подвижную систему прибо-

ра и, во-вторых, иметь указатель (луч) большой длины. Чувстви-

тельность прибора со световым отсчетом значительно выше, чем

стрелочного. Отсутствует явление параллакса.

Приборы могут иметь односторонние, двусторонние и безнуле-

вые шкалы в зависимости от пределов измеряемой величины.

На односторонней шкале нулевая отметка располагается с ле-

вой стороны, а правая крайняя отметка соответствует максималь-

ному значению измеряемой величины.

Нулевая отметка на двусторонней шкале находится на неко-

тором расстоянии от края шкалы или на ее середине. Такие шка-

лы бывают у приборов, измеряющих величины с положительным

и отрицательным значением.

Рис. 10. Схема светового отсчета:

1— лампа осветителя, 2 — фокусирующая линза, 3 — диафрагма,

4 — шкала, 5 — световой указатель, 6 — зеркало на подвижной

части прибора

Безнулевые шкалы применяют в тех случаях, когда прибор

предназначен для измерения какой-либо величины не от нуле-

вого, а от определенного начального значения. Так, например,

обычный медицинский термометр имеет шкалу от 34 до 42° С, что

значительно упрощает отсчет температуры в нужном интервале.

В приборах сравнения часто используют отсчет в цифровой

форме. Например, результат измерения, полученный на лабора-

торном уравновешенном мосте, определяют по оцифрованным

положениям декадных переключателей моста.

Большое распространение получили автоматические приборы

с цифровым отсчетом. Указатели цифровых приборов выполняют

в виде проекционных устройств, специальных цифровых газо-

наполненных ламп, электролюминесцентных знаковых индикато-

ров и других устройств.

В цифровых указателях проекционного типа изображение зна-

чащих цифр проектируется на матовый экран с помощью ламп

подсветки и оптической системы. Каждая проекционная ячейка

содержит набор из десяти цифр и соответствующего количества

ламп подсвета. Зажиганием ламп управляет специальное устрой-

ство, связанное с измерительной схемой прибора. Сочетание

цифр, проектируемых на экран из каждой ячейки, дает результат

измерения в десятичной системе счисления. На рис. 11 показан

общий вид прибора с цифровым проекционным отсчетным приспо-

соблением.

Цифровые приборы обладают рядом преимуществ по сравне-

нию со стрелочными аналоговыми приборами в части быстродей-

ствия, точности, объективности отсчета, а также возможности

Рис. 11. Прибор с цифровым отсчетом

использования совместно со счетно-вычислительными машинами

для автоматической обработки измерительной информации. К их

недостаткам относится сложность схемы.

§ 7. САМОПИШУЩИЕ УСТРОЙСТВА

Показывающие контрольно-измерительные приборы дают

возможность оценивать результат измерения какой-либо величи-

ны только в момент наблюдения. На щитах управления находит-

ся большое количество измерительных приборов. Постоянное

наблюдение за их показаниями и тем более запись этих показа-

ний весьма затруднительна. Чтобы сохранить показания для по-

следующего анализа технологических процессов, контрольно-

измерительные приборы снабжают специальными автоматиче-

скими записывающими устройствами.

Самопишущий прибор, снабженный отсчетными приспособ-

лениями, выполняет также функции показывающего прибора.

Автоматическая запись результатов измерения бывает двух

видов: графическая и цифровая.

При графической записи результаты измерения фиксируются

на диаграмме в виде непрерывной линии или ряда точек. Число-

вое значение результата измерения, соответствующее любому

моменту времени, определяется с помощью масштабной сетки,

нанесенной на диаграмму. Масштабная сетка соответствует шка-

ле прибора (рис. 12).

Цифровая запись представляет собой колонку цифр, каждая

из которых прямо указывает числовое значение результата изме-

рения. Применение цифровой записи позволяет регистрировать

результаты измерений большого числа величин на небольшой

площади диаграммы. Такая запись применяется в электронных

машинах централизованного контроля и регулирования техноло-

Рис. 12. Непрерывная запись показании:

а — на прямоугольной диаграмме, б — на дисковой диаграмме

Рис. 13. Конструкции перьев для самопишущих приборов

гических процессов. Чем меньше промежуток времени между за-

писью отдельных показаний, тем точнее отображается характер

процесса. Этот промежуток устанавливается в зависимости от

характера изменений измеряемой величины. Для медленно ме-

няющихся величин принимается больший промежуток времени.

Самопишущее устройство состоит из механизма записи, диа-

граммы и привода. Записывающий механизм связан с подвиж-

ной частью отсчетного приспособления прибора.

В механизмах с непрерывной записью применяют перья

(рис. 13), заполненные специальными чернилами, или капилляр-

ные трубки, связанные с центральной чернильницей (рис. 14).

В печатающих механизмах используют красящие ленты, подоб-

ные лентам для пишущих машинок, и красящие валики. Разно-

видности механизмов для точечной записи показаны на рис. 15, 16.

Печатающие приборы могут записывать одновременно не-

сколько величин. В таких приборах иногда применяется много-

Рис. 14. Самопишущий механизм с цен-

тральной чернильницей:

1— металлическая трубка, 2 — чернильница, 3—

стеклянный капилляр

Рис. 15. Точечная запись падающей

дужкой:.

1— падающая дужка, 2 — стрелка, 3—крася-

щая лента, 4 — диаграмма

цветная запись (каждая ве-

личина печатается своим

цветом), что облегчает чте-

ние и обработку диаграммы.

Конструкция механизма

для непрерывной записи бо-

лее проста, чем конструкция

печатающего механизма с

точечной записью, но печа-

тающим механизмом можно

одновременно записывать

несколько разных величин.

Осуществление процесса

записи требует механиче-

ских усилий для преодоле-

ния трения пера о диаграм-

му и между деталями меха-

низма, что заставляет делать

измерительные механизмы

достаточно мощными или ис-

пользовать устройства,

где необходимая энергия

поступает из питающей

электросети.

В самопишущих при-

борах применяют прямо-

угольные и дисковые ди-

аграммы.

Прямоугольная диаг-

рамма представляет со-

бой бумажную ленту,

свернутую в рулон. В про-

цессе записи лента равно-

мерно перематывается на

приемную кассету. Длина

ленты может достигать

15—20 м, таким образом обеспечивается запись показаний при-

бора в течение нескольких суток.

В некоторых приборах применяют запись на прямоугольную

диаграмму, свернутую в кольцо и надетую на барабан. Длитель-

ность записи зависит от скорости вращения барабана.

Время, за которое барабан совершает один оборот, обычно

выбирается в пределах 8—72 ч.

З5

Дисковая диаграмма имеет вид бумажного круга с отверсти-

ем в центре. В процессе записи дисковая диаграмма равномерно

вращается, а перо перемещается по дуге между центром и пери-

ферией круга. Дисковые диаграммы рассчитывают на запись по-

казаний в течение суток. В приборах с дисковыми диаграммами

применяют записывающий механизм с пером для непрерывной

записи одной величины.

Для перемещения диаграмм обычно используют привод от

синхронного электродвигателя. В некоторых типах приборов ис-

пользуют часовые меха-

низмы с заводной пружи-

ной. Однако такой привод

сложен и неудобен в об-

служивании. Применение

его ограничивается теми

приборами, которые ис-

пользуют в местах, не

имеющих электроснаб-

жения.

Для понижения ско-

рости приводных электро-

двигателей служат меха-

нические редукторы; их

встраивают в корпус

электродвигателя (СД-2,

СД-60, СД-54) или монти-

руют в приборе.

Рис. 16. Точечная запись печатающим

колесом:

1— красящие валики, 2 — печатающее колесо,

3 — диаграмма

Передаточное число невстроенных редукторов можно умень-

шать или увеличивать, меняя комбинацию шестерен. Это позво-

ляет регулировать скорость перемещения диаграмм. Большие

скорости движения диаграммы требуются при записи быстро-

меняющихся величин, так как при малой скорости запись полу-

чается в виде размытой полосы вместо четкой линии.

Самопишущие устройства для приборов дискретного действия

с цифровым отсчетом показаний существенно отличаются от рас-

смотренных самопишущих устройств аналоговых приборов и вы-

полняются обычно в виде самостоятельных блоков, связанных с

измерительной частью прибора только электрической схемой

управления.

Наиболее широкое распространение получили цифропечатаю-

щие устройства электромеханического типа, рассчитанные на

последовательную или параллельную фиксацию цифр, составля-

ющих показание цифрового прибора.

Цифропечатающее устройство последовательного действия

представляет собой электрифицированную пишущую машинку.

Клавиши машинки приводятся в движение электромагнитами,

подключенными к схеме управления цифрового прибора. Рычаги

3 6

со шрифтом поочередно фиксируют соответствующие цифры на

бумажной ленте или на бланке, расположенные на валике ка-

ретки пишущей машинки. Размеры каретки определяют количест-

во знаков, которые можно напечатать в одной строке.

Устройство такого типа используют в машинах централизо-

ванного контроля технологических параметров на большое число

точек измерения. Результаты измерения записываются в виде

вертикальных колонок цифр. Количество колонок соответствует

числу точек измерения. На машинке с большой кареткой можно

разместить 40—50 колонок трехзначных чисел, которыми обычно

выражают значение измеряемой величины.

Скорость печати с помощью электрифицированных пишущих

машинок не превышает 5—10 знаков в секунду. Более высокую

скорость регистрации показаний цифровых приборов можно по-

лучить на цифропечатающих устройствах параллельного дейст-

вия со штанговым или барабанным механизмом.

В штанговом механизме печатный шрифт в виде наборов из

десяти цифр размещен по вертикали на нескольких рычагах, име-

ющих форму штанг. Поверхности штанг со шрифтом обращены

в одну сторону и расположены в плоскости, параллельной оси

валика, передвигающего диаграммную ленту. Каждая штанга

может занимать различное положение относительно валика с

диаграммой и прижиматься к нему любой цифрой из набора

шрифта.

Если прижимать одновременно все штанги к валику, можно

получить отпечаток строки из нескольких цифр соответственно

числу штанг. Взаимное расположение штанг и, следовательно,

сочетание цифр в строке изменяется под действием электромаг-

нитов, включенных в схему управления цифрового прибора. Од-

новременный прижим всех штанг к валику достигается с по-

мощью общего электромагнита. Скорость печати таким механиз-

мом достигает 5 строк в секунду.

В барабанном механизме (рис. 17) наборы печатающего

шрифта размещены на образующей поверхности нескольких ро-

ликов, посаженных рядом на одном барабане. Против каждого

ролика расположен боек, который под действием электромагнита

может ударять по любой цифре данного ролика в зависимости

от поворота барабана. Между барабаном и бойками протягива-

ется диаграмма, на которой печатаются цифры.

Барабан непрерывно вращается с большой скоростью, и каж-

дый боек ударяет по ролику в момент прохождения перед ним

заданной цифры. Таким образом, за неполный оборот барабана

на диаграммной ленте печатается строка из нескольких цифр

соответственно количеству роликов на барабане. Скорость печати

таким механизмом достигает 15—20 строк в секунду.

В цифропечатающих устройствах диаграммная лента должна

перемещаться равномерными шагами для обеспечения необходи-

мого интервала между строками. В момент соприкосновения с

печатающим шрифтом диаграмма не должна двигаться, чтобы

избежать смазывания отпечатков. Периодичность движения диа-

Рис. 17. Схема барабанного цифропечатающего

механизма:

1— бумажная лента, 2 — ведущий лентопротяжный ва-

лик, 3 — боек, 4—электромагнит, 5— барабан с пе-

чатающим шрифтом, 6 — мальтийский крест

граммы достигается применением специального приводного меха-

низма с мальтийским крестом.

§ 8. СЧЕТНЫЕ МЕХАНИЗМЫ

По диаграммам самопишущих приборов, измеряющих рас-

ход, можно определять количества жидкости, пара или газа, про-

текающих через трубопровод за какой-то промежуток времени.

Для этого нужно вычислить площадь диаграммы (рис. 18),

ограниченную линией показаний прибора и нулевой линией

в пределах требуемого периода времени.

Однако вычислить площадь диаграммы довольно трудно, так

как запись показаний прибора может иметь самую разнообраз-

ную криволинейную форму.

Чтобы избежать вычисления площади диаграммы, приборы

снабжают счетными механизмами, показания которых пропор-

циональны произведению среднего значения измеряемой вели-

чины и времени.

Счетные механизмы обычно состоят из счетчика оборотов и

интегратора.

Счетчик оборотов (рис. 19) представляет собой набор

оцифрованных роликов, связанных механической передачей с

Рис. 18. Участок площади диаграммы, пропорциональный

суммарному значению величины за время t:

а — на прямоугольной диаграмме, б — на дисковой диаграмме

Рис. 19. Счетчик оборотов:

а — с роликами на общей оси, б — с роликами на разных

осях

выходной осью. На каждом ролике равномерно по окружности

нанесены цифры от 0 до 9. Количество роликов определяет число

Десятичных разрядов. Предельное числовое значение (емкость

счетчика), которое может показать счетчик, получается при

таком положении, когда во всех отсчетных окнах установится

цифра 9. Например, для счетчика с четырьмя роликами наиболь-

шее значащее число будет равно 9999. При дальнейшем враще-

нии входной оси начинается новый счет от нуля.

Механическая передача между роликами выполнена таким

образом, что при завершении каждого полного оборота ролика,

связанного с входной осью, соседний ролик поворачивается скач-

ком на

оборота. Такой же передачей связаны между собой

все ролики счетчика. Конструктивно ролики могут быть свободно

посажены на общей оси или располагаться на самостоятельных

осях.

Счетчик оборотов выполняет только простейшую задачу по

подсчету числа оборотов входной оси. Чтобы показания счетчи-

ка соответствовали значению величины, измеряемой; суммирую-

щим прибором, необходимо преобразовать эту величину в про-

порциональное число оборотов входной оси счетчика. Эта задача

выполняется интегратором.

Механические интеграторы, применяемые в разных типах

приборов, имеют различное конструктивное оформление, но

сходны по принципу действия. Они представляют собой устрой-

ства с переменным передаточным соотношением, соединяющие

счетчик оборотов с электродвигателем или другим источником

механической энергии.

Изменение передаточного соотношения зависит от положе-

ния подвижной части измерительного механизма прибора.

На рис. 20 показан интегратор, используемый для суммиро-

вания мгновенных значений расхода в поплавковых и силь-

фонных дифманометрах. Интегратор построен по принципу сум-

мирования угла поворота качающегося рычага. Периодическое

качание рычага задается профилированным кулачком, связан-

ным с синхронным электродвигателем. Кулачок вращается с по-

стоянной скоростью: один оборот за 6 сек. Угол поворота рычага

ограничивается лекалом, которое связано с подвижной частью

измерительного механизма прибора. Колебание рычага через

шариковую муфту одностороннего свободного хода и зубчатую

передачу передается на счетчик оборотов. Поворот лекала изме-

няет размах колебаний, а счетчик оборотов, соответственно, от-

мечает больший или меньший прирост цифрового значения за

каждый цикл колебания рычага.

В электромеханическом интеграторе прибора ЭПИД

(рис. 21) использован способ изменения продолжительности

сцепления оси счетчика оборотов с осью синхронного двигателя

в зависимости от значения измеряемой величины. Электромаг-

нитная муфта непрерывно вращается синхронным двигателем.

Цепь обмотки муфты подключена к источнику питания через три

контактных кольца, посаженных на ось муфты. Два сплошных

кольца с неподвижными щетками обеспечивают постоянный кон-

такт в цепи питания электромагнитной муфты. Одно из колец