Соловцов В.К., Контрольно-измерительные приборы

Подождите немного. Документ загружается.

Рис. 50. Принципиальная схема автоматического потенциометра ЭПД:

ВП — вибропреобразователь, Тр\ — входной трансформатор, Л

— электронные лампы 6Н2П, Лз,

— электронные лампы 6Н1П, Тр2 — трансформатор питания, РД — реверсивный электродвигатель,

ТП — термопара, ДСМ — синхронный электродвигатель привода диаграммы

форматор Тp1 подается на вход электронного усилителя. Посту-

пающий сигнал усиливается последовательно в трех каскадах

усилителя напряжения на лампах Л

(два каскада) и Л

(один

каскад).

На входе усилителя, между сеткой и катодом лампы пер-

вого каскада, включен конденсатор С

отфильтровывающий

высшие гармоники из входного сигнала, возникающие от работы

вибропреобразователя и от внешних магнитных полей. Сопро-

тивление R

и конденсатор С

создают отрицательное смещение

на сетке лампы Л

. Связи между каскадами усилителя напря-

жения осуществляются через конденсаторы С

и С

, а также

сопротивления R

и R

которые одновременно служат для регу-

лировки коэффициента усиления. Для устранения самовозбуж-

дения между первым и вторым каскадами включен конденса-

тор С

. Анодными нагрузками каждого каскада служат соот-

ветственно сопротивления R

, R

и R

Питание анодов ламп Л

и Л

подается от выпрямителя, со-

бранного на двух полупроводниковых диодах Д

и Д

Сопротивления R

и R

шунтируют диоды для равномер-

ного распределения обратного напряжения. Выпрямленное, пуль-

сирующее напряжение сглаживается фильтрами, состоящими из

конденсаторов С

, С

и сопротивлений R

и R

С последнего каскада усиления сигнал через разделительный

конденсатор С

поступает на выходной каскад усилителя. Лампы

и Л

выходного каскада включены параллельно, чтобы полу-

чить мощность на выходе усилителя, достаточную для приведе-

ния в движение реверсивного электродвигателя РД.

В зависимости от фазы сигнала разбаланса электродвигатель

вращается в ту или другую сторону. С осью двигателя связан

рычаг, передвигающий контактный ролик реохорда R. Ролик

реохорда (точка В' на измерительной схеме) перемещается до

тех пор, пока разность между напряжением на участке В'А

измерительной схемы и термоэлектродвижущей силой термо-

пары не станет равной нулю (или близкой к нулю). При отсут-

ствии сигнала разбаланса на входе усилителя мощность на

выходе резко уменьшается и электродвигатель останавли-

вается.

Одновременно с роликом реохорда перемещается по шкале

стрелка указателя и пишущее устройство потенциометра.

Процесс контроля и регулировки рабочего тока измеритель-

ной схемы также происходит автоматически. Если при установке

переключателя ПК в положение «Контроль» напряжение на

сопротивлении R

и э. д. с. нормального элемента не будут равны,

электродвигатель перемещает подвижный контакт реостата регу-

лировки рабочего тока R

до восстановления равновесия.

После контроля рабочего тока переключатель возвращается

в положение «Измерение».

На рис. 51 показаны общий вид и кинематическая схема по-

тенциометра ЭПД. На задней стенке поворотного кронштейна

расположен реверсивный двигатель, который через тросовую

передачу связан с элементами компенсации измерительной

схемы, стрелкой указателя, пишущим устройством и механизмом

позиционного регулирования.

Рис. 51. Устройство потенцио-

метра ЭПД:

а — общий вид, б — размещение де-

талей в корпусе, в — кинематическая

схема; 1 — реверсивный электродви-

гатель, 2 — ведущий шкив, 3 —

стальной тросик, 4 — контактный по-

зиционный регулятор, 5 — шкив при-

вода механизма установки рабочего

тока, 6 — реостат регулировки рабо-

чего тока, 7 — переключатель, 8 —

кнопка контроля рабочего тока, 9 —

лекало, 10 — шкив на главной оси,

11 — реохорд, /2 — перо регистрато-

ра, 13 — стрелка указателя

Реохорд для компенсации измерительной схемы представляет

собой калиброванное сопротивление из изолированной мангани-

новой проволоки, равномерно намотанной на медную основу.

Реохорд крепится на диске из пресспорошка и закрывается ме-

таллическим экраном для защиты от электромагнитных помех.

Потенциал с рабочей спирали реохорда снимается ползушкой

с контактным роликом.

Автоматические потенциометры выпускаются промышленно-

стью в разнообразном конструктивном исполнении. Они отли-

чаются по габаритам, типу диаграммы, пределам измерения,

устройствами сигнализации и регулирования. На рис. 52 пока-

заны общие виды различных моделей автоматических потенцио-

метров.

Наиболее сложную кинематическую схему имеют много-

точечные автоматические потенциометры ЭПП с записью на

прямоугольную ленточную диаграмму. Механизм потенциометра

ЭПП (рис. 53) размещен на поворотном кронштейне. Синхрон-

ный электродвигатель У через многоступенчатый редуктор при-

водит в движение: ось 4 барабана диаграммы, кулачок 20 фрик-

ционного сцепления реостата регулировки рабочего тока, кула-

чок 6, связанный рычажной и храповой передачей с осью

переключателя точек измерения 18, кулачок 7 для поворота ко-

леса печатающего механизма. Реверсивный двигатель РД-09

через шестерни 12, 13 приводит в движение ось реохорда изме-

рительной схемы и шкив 14 тросовой передачи. Через тросовую

передачу перемещается каретка указателя с печатающим коле-

сом и поворачивается шкив 17 фрикционного сцепления реос-

тата регулировки рабочего тока.

Редуктор сменных зубчатых колес конструктивно выполнен

так, чтобы путем замены отдельных колес можно было изменять

передаточное соотношение и получать необходимые скорости

продвижения диаграммной ленты и циклы печатания.

Для отдельных разновидностей потенциометров ЭПП пре-

делы изменения скорости продвижения диаграммы составляют

20—720, 60—1440, 60—9600 (мм/ч), а циклы печатания 5—20,

0,75—20 (сек).

Лентопротяжный механизм состоит из ведущего барабана

и приемной кассеты, связанных цепной передачей. Для создания

достаточного натяжения диаграммы скорость вращения оси

приемной кассеты больше скорости ведущего барабана. Кассета

имеет фрикционное сцепление со своей осью и проскальзывает

на оси при определенной силе натяжения диаграммной ленты.

Запись показаний осуществляют печатающим колесом в виде

точек с проставленными возле них номерами подключенных к

прибору термопар. Когда печатающий барабан находится в

верхнем положении, то в окошечке щитка перед кареткой видна

цифра, указывающая номер датчика, подключенного в данный

момент к прибору.

Цикл записи определяют промежутком времени между за-

писью показаний в двух последующих точках измерения. Если

измерительная схема к моменту окончания цикла еще не ском-

пенсирована и печатающая каретка продолжает двигаться вдоль

шкалы, то срабатывает механизм, препятствующий отпечатыва-

нию, и цикл записи увеличивается в два или несколько раз до

полной компенсации схемы. Переключения термопар в этот пе-

риод также не происходит, так как механизм привода переклю-

чателя связан с механизмом печатающего колеса.

Переключатель термопар имеет диск, на котором нанесены

Рис. 52. Конструкции автоматических потенциометров:

а— ЭПП, б — ПСМ, в — ЭПСМ, г — ЭП, д — ПП, е — ЭПВ (с вращающейся шкалой)

Рис. 53. Кинематическая схема автоматического потенциометра типа ЭПП:

1 — синхронный электродвигатель СД-09, 2 и 3 — червячная передача привода диаг-

раммы, 4 и 5 — ось и барабан диаграммы, 6 и 7 —кулачки переключателя точек, 8 —

диаграмма, 9 — рукоятка перевода диаграммы, 10 — трос перемещения указателя и

печатающего механизма, 11 и 15 — щечки приемной кассеты, 12 — шестерня на оси

электродвигателя, 13 и 14 — шестерня и шкив на оси реохорда, 16 — диаграмма, 17 —

шкив реостата регулировки рабочего тока, 18 — переключатель точек измерения, 19 —

кнопка автоматической установки рабочего тока. 20 — кулачок механизма регулировки

рабочего тока

Рис. 54. Схема стабилизатора напряжения ИСП

номера. Одновременно с переходом щеток переключателя с

одной пары ламелей на другую поворачивается и диск.

Механизм автоматического контроля рабочего тока приво-

дится в действие через определенные промежутки времени. Ку-

лачок 20, совершающий периодические колебательные движения

на оси, нажимает на шток фрикционной муфты 17. При этом

ось реостата настройки рабочего тока оказывается соединен-

ной тросовой передачей с реверсивным двигателем. Если ра-

бочий ток в измерительной схеме больше или меньше номиналь-

ного, то реверсивный двигатель начинает вращаться и регули-

рует сопротивление реостата до восстановления номинального

значения рабочего тока. Для контроля рабочего тока при отклю-

ченном синхронном двигателе служит кнопка 19, нажатием ко-

торой можно повернуть кулачок 20 и привести в действие меха-

низм регулировки рабочего тока.

Реверсивный электродвигатель РД-09 содержит встроенный

редуктор, от передаточного отношения которого зависит быстро-

действие прибора. Под быстродействием понимают время, в те-

чение которого каретка с указателем и печатающим колесом

проходит всю длину шкалы прибора. Редуктор с передаточным

соотношением 1/36,06 обеспечивает время пробега каретки, равное

2,5 сек, а при соотношении 1/136,7 это время составляет 8 сек.

Электрическая схема потенциометра ЭПП аналогична рас-

смотренной выше схеме потенциометра ЭПД с добавлением

переключателя точек измерения.

Источником вспомогательного напряжения для измеритель-

ной схемы потенциометров служат сухие батареи или специаль-

ные устройства с питанием от сети переменного тока и стабили-

зированным выходным напряжением постоянного тока.

Стабилизированный источник питания типа ИСП (рис. 54)

представляет собой обычный выпрямитель, на выходе которого

включен стабилизирующий элемент.

Входное напряжение ~ U

переменного тока через трансфор-

матор Тр подается на выпрямитель В, собранный из четырех

полупроводниковых диодов. Выпрямленное напряжение допол-

нительно сглаживается конденсатором фильтра С.

Однако такой выпрямитель еще не пригоден для питания

измерительной цепи потенциометра, так как значение выпрям-

ленного напряжения на конденсаторе С будет изменяться при

колебаниях напряжения на входе трансформатора. Стабилиза-

ция значения выходного напряжения достигается включением

в схему полупроводникового стабилитрона Д.

Основное свойство стабилитрона состоит в том, что при

строго определенном напряжении на его зажимах возникает

явление электрического пробоя с резким увеличением тока че-

рез стабилитрон. Увеличение тока до некоторых пределов не

опасно для стабилитрона, если не вызывает его перегрева.

Ограничение тока в цепи стабилитрона достигается включе-

нием добавочного сопротивления R

Таким образом, при изменении напряжения на конденса-

торе С изменяется ток, проходящий через стабилитрон, но па-

дение напряжения на нем остается постоянным. Изменяется

только падение напряжения на добавочном сопротивлении R

Стабилитрон Д-808, примененный в источнике питания ИСП,

имеет напряжение стабилизации 7—8,5 в. Для подбора необ-

ходимого значения тока в цепи внешней нагрузки служат доба-

вочные сопротивления R

и R

и делитель напряжения на сопро-

тивлениях R

И R

Автоматические потенциометры с переключателями на не-

сколько термопар представляют собой простейшую систему цен-

трализованного контроля, позволяющую на одном приборе полу-

чить отсчет и регистрацию показаний в ряде точек измерения тем-

пературы. Большое значение при этом имеет взаимозаменяемость

термопар, имеющих стандартные характеристики.

В более сложных системах централизованного контроля и уп-

равления технологическими процессами измерительная информа-

ция может поступать от большого количества различных дат-

чиков температуры, давления, расхода и других величин, харак-

теризующих данный процесс. Для построения таких систем

наиболее удобны датчики с унифицированным выходным сигна-

лом независимо от рода измеряемой физической величины.

Государственными стандартами предусмотрено несколько ви-

дов унифицированных выходных сигналов для датчиков-преобра-

зователей физических величин, в том числе унифицированные

электрические сигналы постоянного тока 0—5 и 0—20 ма и на-

пряжения постоянного тока 0—10 в.

Любой датчик с унифицированным выходным сигналом дол-

жен обеспечивать преобразование данной физической величины

таким образом, чтобы при изменении этой величины в заданных

пределах на входе датчика происходило пропорциональное из-

менение унифицированной величины на выходе датчика в преде-

лах, установленных стандартом.

Выходной сигнал любой термопары, хотя и представлен

электрической величиной, однако не соответствует по абсолют-

ному значению указанным выше унифицированным электриче-

ским сигналам. Естественный выходной сигнал термопар не пре-

вышает нескольких десятков милливольт при максимальном зна-

чении измеряемой температуры. Для получения от термопары

унифицированного выходного сигнала применяют измерительные

или нормирующие преобразователи.

На рис. 55 показана принципиальная схема преобразования

выходного сигнала термопары в унифицированный сигнал по-

стоянного тока. Термопара ТП последовательно с компенсацион-

ным сопротивлением Rк подключена на вход электронного уси-

лителя с достаточно большим коэффициентом усиления. Выход

усилителя замкнут цепью, состоящей из нагрузочного сопротив-

Рис. 55. Упрощен-

ная схема норми-

рующего преобра-

зователя для тер-

мопар:

ТП — термопара, R

—

компенсационное со-

противление, R

— на

грузочное сопротивле-

ние, mА — миллиам-

перметр

ления R

, миллиамперметра mА и того же ком-

пенсационного сопротивления R

. Электродви-

жущая сила, генерируемая термопарой при

нагревании ее горячего спая, усиливается элек-

тронным усилителем и в цепи нагрузки возни-

кает электрический ток. Значение этого тока

будет возрастать до тех пор, пока падение на-

пряжения на компенсационном сопротивлении

не сравняется с электродвижущей силой

термопары. Поскольку это напряжение проти-

воположно по знаку с электродвижущей си-

лой термопары, то их разность, подаваемая на

вход усилителя, станет близкой к нулю и даль-

нейшее возрастание тока в выходной цепи пре-

кратится.

Таким образом, каждому значению элек-

тродвижущей силы термопары в зависимости

от измеряемой температуры соответствует оп-

ределенное значение падения напряжения на

сопротивлении R

и, следовательно, определен-

ное значение тока в цепи нагрузки на выходе

усилителя.

Подбором элементов схемы нормирующего

преобразователя можно получить выходной

унифицированный сигнал в пределах 0—5 ма,

пропорциональный соответствующим значе-

ниям электродвижущей силы по характеристи-

ке термопары.

Миллиамперметр, включенный в цепь на-

грузки преобразователя, можно отградуиро-

вать в значениях температуры и использовать

в качестве контрольного прибора.

§ 14. ПРИБОРЫ ДЛЯ РАБОТЫ С ТЕРМОМЕТРАМИ СОПРОТИВЛЕНИЯ

В термометрах сопротивления используется свойство провод-

никовых материалов изменять электрическое сопротивление при

нагревании или охлаждении. Чтобы судить о температуре, из-

меряемой термометром сопротивления, необходимо непрерывно

измерять его электрическое сопротивление каким-либо при-

бором.

Термометр сопротивления имеет очень простую конструкцию

и представляет собой отрезок металлической проволоки или

ленты, намотанной на каркас из изоляционного материала

(рис.

56, а).

Проводниковые материалы, которые используют для изго-

товления термометров сопротивления, должны удовлетворять

следующим требованиям: обладать возможно большим и ста-

бильным температурным коэффициентом сопротивления, хими-

Рис. 56. Термометр сопротивления:

α — варианты конструкций активной части термометра,

б — защитная арматура; 1 — каркас, 2 — обмотка, 3 —

выводы, 4 — изоляция

ческой устойчивостью при нагревании, производиться в необхо-

димых количествах с одинаковыми свойствами.

Наибольшее распространение для изготовления термометров

сопротивления получили химически чистые металлы: платина и

медь. Реже применяют никель и железо.

Наилучшим материалом является платина, из которой из-

готовляют не только технические, но также образцовые и эта-

лонные термометры сопротивления.

Медь как материал для изготовления термометров сопро-

тивления уступает платине. Она обладает малым удельным со-

противлением и окисляется при высоких температурах. В то же