§ 5.4. Электрическая система передачи измерительной информации с унифицированным частотным сигналом

Системы передачи измерительной информации с унифицирован­ным частотным сигналом реализуются на базе ПИП, осуществляю­щих преобразование измеряемого технологического параметра в унифицированный частотный сигнал.

Преобразование происходит по схеме параметр ® сила®час­тота.

Рис. 5.10. Схема электрической системы передачи измерительной ин­формации с преобразователем «сила — частота»

На рис. 5.10 приведена электрическая система передачи изме­рительной информации с унифицированным частотным сигналом. ПИП I включает чувствительный элемент II, посредством которо­го измеряемый параметр П преобразуется в усилие R_x, и преобра­зователь «сила — частота» III, осуществляющий преобразование усилия R_x в унифицированный частотный сигнал.

Преобразователь «сила —частота» реализуется на базе струн­ного генератора, представляющего собой мостовую схему, образо­ванную резисторами R₁, R₂ и R₃ и струной 3 сопротивлением R_c. Измерительная диагональ моста включена на вход электронного усилителя, выход которого подключен к диагонали питания моста. Струна расположена между полюсами постоянного магнита 4. Ниж­ний конец струны жестко закреплен на неподвижном основании, а верхний — на подвижном рычаге 2.

При протекании по струне переменного тока струна начинает колебаться и в ней индуцируется ЭДС, приближающаяся по форме к синусоидальной. В соответствии с физическими процессами, протекающими в струне, при ее колебаниях в магнитном поле предложена [5] схема замещения, имеющая вид колебательного контура (рис. 5.11).

Параметры колебательного контура свя­заны с параметрами струны следующими соотношениями:

(5.23)

где L — эквивалентная индуктивность; В — индукция в зазоре постоянного магнита; l— длина струны; S— площадь поперечного сечения струны; F — усилие; С — эквивалентная емкость; ρ — плот­ность материала струны; υ — коэффициент трения о воздух; R — динамическое сопротивление колеблющейся струны.

Сопротивление r в схеме замещения представляет собой ак­тивное сопротивление струны, когда она неподвижна. При колеба­ниях струны мостовая схема, содержащая чисто активные сопро­тивления, превращается в мост с частотно-зависимыми элемента­ми. Известно, что частота генератора с самовозбуждением опреде­ляется собственной частотой f колебательного контура, которая связана с индуктивностью L и емкостью С контура зависимостью

Для рассматриваемого генератора собственная частота колеба­ний / определяется выражением

(5.24)

Как следует из уравнения (5.24), собственная частота колеба­нии генератора определяется собственной частотой колебаний стру­ны и зависит от усилия натяжения. Рассмотренный генератор ра­ботает в диапазоне частот 10²-10⁴ Гц.. Ток, пропускаемый через струну, не превышает 100 мкА. Длина струны составляет 20—50 мм а диаметр — сотые доли миллиметра. Преобразование измеряемого параметра П в частотный сигнал осуществляется следующим об­разом. Чувствительный элемент преобразует параметр П в про­порциональное усилие R_x, воспринимаемое рычагом 2, а вместе с ним и струной 3. Изменение натяжения струны приводит к изме­нению собственной частоты колебаний генератора, что отражается на его выходном сигнале в виде частоты переменного тока На­стройка преобразователя на заданный диапазон измерений осу­ществляется перемещением точки опоры О рычага 2. Начальное значение выходного сигнала устанавливается корректором нуле­вого сигнала 1.

Как видно из уравнения (5.24), статическая характеристика пре­образователя нелинейна. С целью линеаризации статической ха­рактеристики в некоторых модификациях преобразователя приме­няют квадраторы. Выходной сигнал ПИП с линейной статической характеристикой можно рассчитать по формуле

(5.25)

где f_о —начальная частота; П_max, П_min — соответственно верхнее и нижнее значения диапазона измерений; Δf — диапазон измене­ния частоты.

Приемниками измерительной информации, поступающей от ПИП с унифицированным частотным сигналом, могут быть циф­ровые приборы, управляющие и вычислительные машины. Клас­сы точности ПНП с частотным унифицированным сигналом 0,5 и 1,0. Дальность передачи информации до 10 км.