Соловцов В.К., Контрольно-измерительные приборы

Подождите немного. Документ загружается.

Рис. 36. Электрическая схема самопишущего милливольтметра

МСЩПр с позиционным регулирующим устройством:

— обмотки реле, С

, С

— конденсаторы фильтра, Д

,Д

— полупро-

водниковые выпрямители, ФС

, ФС

— фотосопротивления. Л

, Л

—освети-

тельные лампы, г — рамка измерительного механизма, К

— контакт арре-

тира, R

, Rт, Rо — регулировочные сопротивления, Ry —сопротивление

подгонки линии. Μ — синхронный электродвигатель

Рис. 37. Схема включения коробки компенсации

холодных спаев термопары:

, R

— постоянные сопротивления, R

— медное со-

противление. Rg — добавочное сопротивление

Более совершенными приборами для работы в комплекте с

термопарами являются автоматические потенциометры, основан-

ные на компенсационном методе измерения электродвижу-

щей силы. Потенциометр не создает токовой нагрузки в цепи

термопары. Это исключает потери напряжения в соединитель-

ных цепях, уменьшает температурные погрешности и по-

зволяет удалять прибор на значительное расстояние от места из-

мерения.

Промышленность выпускает много типов автоматических по-

тенциометров, различающихся пределами измерения, количест-

вом возможных точек измерения, видом диаграммы, способом

записи показаний, габаритами и другими конструктивными осо-

бенностями.

Рис. 38. Схема измерения напря-

жения компенсационным методом

Разнообразные практиче-

ские схемы потенциометров ос-

нованы на следующей принци-

пиальной схеме (рис. 38). К ис-

точнику постоянного тока, ба-

тарее Б, подключена цепь, со-

стоящая из двух сопротивлений

Rв и R

и регулировочного ре-

остата R

. При протекании то-

ка через сопротивления R

и R

на их концах возникают напря-

жения, равные произведению

тока на величину этих сопро-

тивлений. Изменяя реостатом

ток I

, можно добиться того,

чтобы падение напряжения на

сопротивление R

стало равным э.д.с. нормального элемента Е

Положение равновесия обнаруживается с помощью высокочувст-

вительного гальванометра или другого индикатора, подключаемо-

го последовательно в цепь, образованную сопротивлением R

нормальным элементом Е

(переключатель Π в правом положе-

нии). Точность уравновешивания зависит от чувствительности

гальванометра.

Таким образом, задается точное значение тока в измеритель-

ной цепи.

Падение напряжения на сопротивлении R

сравнивается при

помощи того же гальванометра с измеряемым напряжением

(переключатель Π в левом положении). Чтобы создать равно-

весие в цепи R

и U

, находят соответствующее положение дели-

теля напряжения Д.

Регулировкой величины рабочего тока I

достигается равно-

весие:

Регулировкой положения делителя Д на сопротивлении R

достигается равновесие:

Отсюда

Таким образом, можно измерить неизвестное напряжение,

имея точные значения Е

, R

и R

, которые служат в потенцио-

метре рабочими мерами. Нормальный элемент и сопротивление

являются мерами с постоянным значением, a R

— мерой

с переменным значением. Неавтоматические потенциометры от-

носятся к приборам с управляемым отсчетом, так как для полу-

чения показаний необходимо выполнить операции по регули-

ровке, рассмотренные выше. Такие потенциометры применяют

только в лабораторной практике. Так, например, широко рас-

пространен в лабораториях КИП переносный потенциометр

типа ПП (рис. 39). Он применяется для проверки и градуировки

Рис. 39. Переносный потенциометр ПП:

а — схема, б — общий вид; R — реохорд, R

— шунт, Rу—установочное со-

противление, Ε

—нормальный элемент, Rр —сопротивление установки рабо-

чего тока, R

—защитное сопротивление для ограничения тока через нормаль-

ный элемент, R

— шунт гальванометра, Б — батарея.

ния градуировочных характеристик термопар. Пределы измере-

ний потенциометра 0—71 мв.

Э. д. с. и напряжение измеряются при помощи потенциометра

ПП следующим образом. Соблюдая полярность, подсоединяют

к зажимам X измеряемый объект. Переводят переключатель,

гальванометра в положение К и устанавливают значение ра-

бочего тока, поворачи-

вая рукоятку реостата

до тех пор, пока

стрелка гальванометра

не установится на нуле-

вой отметке.

После регулировки

рабочего тока перево-

дят переключатель в

положение И (измере-

ние) и путем вращения

рукояток переключате-

ля и реохорда также

устанавливают стрелку

гальванометра на ну-

левой отметке. Резуль-

тат измерения опреде-

ляется суммой показа-

ний на шкалах пере-

ключателя и реохорда.

По окончании измере-

ний переключатель

гальванометра перево-

дят в среднее нерабочее

положение.

Рис. 40. Переносный потенциометр КП-59

На рис. 40 показан

общий вид переносного потенциометра постоянного тока КП-59.

В этом потенциометре предусмотрено два предела измерения

0—50 мв и 0—100 мв, а также встроен источник регулируемого

напряжения для удобства поверки и градуировки пирометриче-

ских милливольтметров.

В автоматических потенциометрах, применяемых в качестве

технических приборов, процесс измерения автоматизирован. Вме-

сто гальванометра в современных автоматических потенциомет-

рах применяют высокочувствительные электронные усилители.

Схема электронного автоматического потенциометра показана на

рис. 41. Два положения переключателя Π соответствуют режи-

мам установки рабочего тока и измерения. В устройство для ав-

томатической балансировки измерительной схемы входят: вибро-

преобразователь, входной трансформатор, электронный усили-

тель переменного тока и реверсивный электродвигатель.

Электромагнитный вибропреобразователь (рис. 42) конструк-

тивно выполнен в виде однополюсного переключателя на два

направления.

Упругая стальная пластина с одним неподвижно закреплен-

ным концом имеет узел колебаний в точке А и вибрирует под

действием переменного магнитного поля, создаваемого катуш-

кой возбуждения. Катушка питается переменным током с ча-

стотой сети 50 гц. Переменное магнитное поле изменяет поляр-

ность намагничивания свободного конца упругой пластины —

Рис. 41. Схема автоматического потенциометра с электронным

усилителем:

1 — вибропреобразователь, 2 — входной трансформатор. 3 — усилитель,

4 — реверсивный электродвигатель, R — реостат регулировки рабочего то-

ка, Rp —реохорд компенсации, Е

— нормальный элемент, Я — пе-

реключатель. И — измерение, К — контроль, Ε

— измеряемое напряже-

ние, В — батарея

якоря, и он поочередно притягивается к разным полюсам посто-

янного магнита. При этом подвижный контакт на пластине

также поочередно замыкается с неподвижными контактами.

Вибропреобразователь и входной трансформатор составляют

преобразовательный каскад усилителя (рис. 43). Сигнал управ-

ления (U

вх

) от измерительной схемы в виде некоторого значе-

ния напряжения постоянного тока поступает на преобразова-

тельный каскад. В результате поочередного замыкания подвиж-

ного контакта с неподвижными контактами входное напряжение

подается соответственно на ту или другую половину первичной

обмотки трансформатора и вызывает в обмотке токи различного

направления. Эти токи создают в сердечнике переменный маг-

нитный поток, который индуктирует во вторичной обмотке пе-

ременную электродвижущую силу с частотой, равной частоте

тока в обмотке возбуждения вибропреобразователя.. Электро-

движущая сила во вторичной обмотке имеет искаженную тра-

пецеидальную форму вследствие несинусоидального характера

. 65

изменения магнитного потока в

сердечнике трансформатора. Для

получения на выходе трансформа-

тора синусоидального напряже-

ния и повышения чувствительно-

сти вторичная обмотка трансфор-

матора настроена в резонанс с

конденсатором С.

Входной трансформатор пред-

назначен для согласования низко-

омной измерительной схемы с вы-

сокоомным входом электронного

усилителя и электрического раз-

деления этих цепей.

При изменении полярности уп-

равляющего сигнала на входе пре-

образовательного каскада фаза

напряжения на вторичной обмот-

ке трансформатора изменяется на

180°. Таким образом, знак неба-

ланса после преобразовательного

каскада характеризуется фазой

выходного напряжения.

Мощность сигнала небаланса

чрезвычайно мала и не может

быть использована для приведе-

ния в действие какого-либо испол-

нительного механизма для урав-

новешивания схемы. Поэтому в

автоматических потенциометрах

применяют усилители на элек-

тронных лампах и полупроводни-

ковых триодах.

Усилителем называют устрой-

ство, предназначенное для повы-

шения мощности сигнала за счет

энергии постороннего источника.

В электронных усилителях ав- -

томатических приборов применя-

ют преимущественно сдвоенные

трехэлектродные лампы нормаль-

ной и пальчиковой серии. Цоко-

левка ламп показана на рис. 44.

Усилители переменного тока,

применяемые в автоматических

потенциометрах, составляются из

нескольких усилительных каска-

Рис. 43. Схема преобразования

постоянного тока в переменный

с помощью вибропреобразо-

вателя:

1 и 2 — неподвижные контакты, 3 — под-

вижный контакт, U

вх

— входное на-

пряжение, U — выходное напряжение,

С — резонансный конденсатор

Рис. 42. Электромагнитный вибро-

преобразователь:

/ и 2 — неподвижные контакты, 3 — виб-

рирующая пластина. 4 — постоянный

магнит, 5 — катушка возбуждения; А —

узел колебания вибрирующей пластины

Обмотка

возбуждения 50 гц

дов. В предварительных каскадах происходит усиление посту-

пающего сигнала по напряжению, а в оконечном выходном кас-

каде сигнал усиливается по мощности. Каждый каскад характе-

ризуется коэффициентом усиления, под которым понимается

отношение величины сигнала, получаемого на выходе усилителя,

Рис. 44. Цоколевка электронных ламп, применяемых в измеритель-

ных приборах и электронных регуляторах

к величине сигнала, подаваемого на вход усилителя. Общий коэф-

фициент усиления всего усилителя равен прозведению коэффици-

ентов усиления отдельных каскадов.

Схема каскада усилителя напряжения переменного тока по-

казана на рис. 45. На сетку электронной лампы подано перемен-

Рис. 45. Схема каскада усилителя напря-

жения переменного тока:

U вх — напряжение входного сигнала, R

— сопро-

тивление утечки сетки, R

—сопротивление авто-

матического смещения, С

— конденсатор, R

анодная нагрузка, Ε

— источник анодного напря-

жения, Cg — разделительный конденсатор, U

вых

выходное напряжение

ное напряжение входного сигнала U вх, в результате чего в анод-

ной цепи лампы протекает переменный ток. Сопротивление R

служит для подачи на сетку отрицательного потенциала отно-

сительно катода. Этот потенциал называют напряжением смеще-

ния сетки. Величину напряжения смещения выбирают в зависи-

мости от параметров данного типа лампы. Способ подачи отри-

цательного потенциала на сетку лампы за счет падения

напряжения на сопротивлении R

в цепи катода (как это показа-

но на рис. 45) называют «автоматическим смещением» Конден-

сатор С

, шунтирующий сопротивление R

в цепи катода пред-

назначен для уменьшения сопротивления переменной составляю-

щей анодного тока.

Переменная составляющая анодного тока создает на сопро-

тивлении нагрузки R

переменное напряжение, повторяющее

по форме входное напряжение на сетке, но увеличенное по ам-

плитуде соответственно коэффициенту усиления каскада.

Рис. 46. Схема усилителя мощ- Рис. 47. Диаграмма напряжений и

ности: токов в усилителе мощности:

,С

— конденсаторы для сдвига фазы U

— напряжение и ток в первом триоде.

токов, Тр — трансформатор питания, U

— напряжение и ток во втором трио-

РД — реверсивный электродвигатель. де, +Uвх· — Uвх —напряжения на входе.

Л - электронная лампа противоположные по фазе

Усиленное напряжение передается на сетку лампы следую-

щего каскада усилителя через разделительный конденсатор С

пропускающий только переменную составляющую выходного

напряжения.

Входной сигнал, усиленный несколькими каскадами усилите-

лей напряжения, поступает на оконечный каскад усилителя

мощности (рис. 46), выполненный по двухтактной схеме. На

аноды выходной лампы подается напряжение переменного тока

от вторичной обмотки трансформатора питания усилителя, раз-

деленной на две секции. Напряжения на анодах лампы сдвинуты

по фазе на 180°. В цепь между средней точкой обмотки и ка-

тодом лампы включена одна из двух обмоток реверсивного

электродвигателя РД. Сетки лампы соединены между собой, и

входной сигнал подается на сетки в одинаковой фазе.

При отсутствии входного сигнала анодные токи в обеих по-

ловинах лампы имеют одинаковую форму, но сдвинуты на пол-

периода (рис. 47). Через обмотку реверсивного двигателя течет

суммарный ток, создающий два вращательных момента, направ-

ленных в разные стороны. Двигатель не вращается.

Если к сетке приложено переменное напряжение, совпа-

дающее по фазе с напряжением на том или другом аноде, то

соотношение анодных токов изменяется. Из упрощенной диаг-

раммы (см. рис. 47) напряжений и токов выходного каскада

усилителя видно, что ток проходит через ту половину лампы,

где положительная фаза анодного напряжения совпадает с фа-

Рис. 48. Реверсивный электродвигатель РД-09:

а — общий вид, 6 — детали; / — полюсы статора, 2 — корпус статора, 3 —

ротор, 4 — крышка с редуктором

зой сигнала на сетке. Через другую половину лампы ток в это

время не проходит, так как анод находится под отрицательным

потенциалом. Во вторую часть периода через вторую половину

лампы проходит значительно уменьшенный ток в связи с отри-

цательным потенциалом на сетке этой половины лампы.

Таким образом, подавая на сетку напряжение в той или иной

фазе ( + U

или —U

), можно менять соотношение токов через

аноды ламп. Так же будет изменяться соотношение вращающих

моментов двигателя, что позволяет изменять направление вра-

щения электродвигателя при изменении фазы сигнала на входе

усилителя.

Реверсивные двигатели, применяемые в автоматических при-

борах, разделяются на конденсаторные и с экранированными по-

люсами. Более распространены конденсаторные электродвига-

тели.

Реверсивный конденсаторный электродвигатель РД-09

(рис. 48) состоит из ротора и статора. Ротор выполнен с ко-

роткозамкнутой обмоткой типа «беличье колесо». Статор имеет

две обмотки, каждая из которых распределена равными сек-

циями на четырех полюсах. Одну из обмоток, как уже указыва-

лось, включают последовательно с анодами ламп последнего кас-

када усилителя. Вторая обмотка питается через конденсатор от

сети переменного тока, что обеспечивает сдвиг фазы тока в об-

мотке на 90°.

В результате сложения магнитных потоков, создаваемых то-

ком обмоток, размещенных на чередующихся полюсах (рис. 49),

образуется вращающееся магнитное поле того или иного направ-

ления, которое увлекает за собой ротор электродвигателя.

Рассмотренные элементы (преобразователь, усилитель, элек-

тродвигатель) характерны для многих типов автоматических при-

боров.

На рис. 50 приведена принципиальная электрическая схема

электронного автоматического самопишущего потенциометра

ЭПД с записью на дисковой диаг-

рамме. Термопара ТП включена по-

следовательно с компенсационной

измерительной схемой. Значение

термоэлектродвижущей силы, воз-

никающей в термопаре, сравнивает-

ся с напряжением между точками

А и В' измерительной схемы. Это

напряжение складывается из проти-

воположных по знаку напряжений

на участках между точками АД и

точками ДВ'. Напряжение между

точками АД поддерживается посто-

янным, а значение напряжения меж-

ду точками ДВ' изменяется в зави-

симости от положения подвижного

контакта реохорда R (точка В') от-

носительно его конца. Суммарное

напряжение на участке АВ' рав-

но нулю, если подвижный кон-

такт реохорда находится в край-

нем положении (точка В).

Рабочий ток измерительной схемы поддерживается на задан-

ном значении с помощью реостата R

в цепи источника пита-

ния — сухой батареи Е. Это значение тока устанавливают та-

ким, чтобы напряжение на сопротивлении R

равнялось э. д. с.

нормального элемента Е

. При контроле и регулировке значе-

ния рабочего тока к измерительной схеме вместо термопары под-

ключают нормальный элемент. Для этого переключатель ПК пе-

реводят в положение «Контроль». Контакты переключателя 3—4

размыкаются, а контакты 1—2 и 4—5 замыкаются.

В процессе измерения температуры на концах термопары

возникает то или иное значение термоэлектродвижущей силы.

Если это значение отличается от напряжения между точками

АВ' компенсационной схемы, то возникшее напряжение раз-

баланса преобразуется вибропреобразователем и через транс-

Рис. 49. Схема соединений

секций обмоток полюсов

электродвигателя РД-09