2.4. Измерительные автоматические приборы генераторных преобразователей

Для определения величины э.д.с., создаваемого генераторным преобразователем, в качестве измерительных приборов применяются автоматические мосты и магнитоэлектрические милливольтметры.

Автоматические электронные потенциометры. Принципиальная электрическая схема автоматического потенциометра типа КСП - 4 приведена на рисунке 57.

Термоэлектрический преобразователь (ТЭП) 1 включен последовательно с усилителем 4 в диагональ измерительного моста ас, в другую диагональ вг включен источник стабилизированного напряжения 2. Усилитель 4 состоит из вибропреобразователя и электронных усилителей напряжения и мощности переменного тока. Он служит для преобразования постоянного тока в переменный и усиления последнего по напряжению и мощности. Для уменьшения внутренних и внешних наводок, поступающих с ТЭП и проводов, цепь термоэлектрического преобразователя шунтируется конденсаторами , последовательно с ТЭП включены резисторы которые образуют вместе с конденсаторами двойной Г – образный фильтр.

Рисунок 57

Работа автоматического электронного потенциометра заключается в следующем. Когда измеряемая термо-ЭДС, например, термоэлектрического преобразователя равна разности потенциалов в точках а и с, измерительная схема находится в равновесии (баланс моста), а в измерительной диагонали ток равен нулю. При изменении температуры термо-ЭДС термометра изменится, что вызовет разбаланс моста. В вершинах а и с появится разность потенциалов, а в измерительной диагонали – ток, поступающий на вход усилителя. Там он преобразуется и усиливается до величины, достаточной для приведения в действие реверсивного электродвигателя 5. Вал реверсивного электродвигателя с помощью шкива и тросиков связан со стрелкой указателя 6 (или кареткой в многоточечных приборах) прибора и движком реохорда 3, которые перемещаются соответственно по шкале и реохорду во время работы электродвигателя. Электродвигатель работает до установления равновесия измерительной схемы, в этот момент стрелка указателя 6 займет на шкале положение соответствующее значению измеряемой величины.

Сопротивление служит для подгонки конца шкалы прибора. Для подгонки конца шкалы служит сопротивление , которое определяется из условия, что при измерении минимального значения температуры движок реохорда должен находится в начале шкалы (точка а), тогда термо-ЭДС термоэлектрического преобразователя должна компенсироваться падением напряжением в точках а – с измерительной схемы.

Необходимо помнить, что определенные расчетом и представляют сумму сопротивлений катушки и подгоночных спиралей , .

Сопротивление , ограничивающее ток в цепи источника питания, постоянно и равно 750 Ом, переменное сопротивление предназначен для подгонки величины рабочего тока в схеме, равно 56 Ом.

Входное устройство усилителя с входным напряжением постоянного тока (преобразователь постоянного сигнала в переменный).

В связи с тем, что усилителям постоянного тока присущи такие недостатки, как нестабильность выходной величины напряжения при отсутствии сигнала для усиления используются усилители переменного тока.

Рисунок 58

Для преобразования сигнала постоянного тока в переменный служит вибропреобразователь. Он состоит из постоянного магнита, обмотки возбуждения ОВ, питаемой переменным током частотой 50 Гц, низковольтным напряжением, якоря из магнитной стали 2, игольчатых контактов 3 (рисунок 58).

Напряжение небаланса с измерительной схемы прибора подводится через зажим 1 к пластине якоря ВП и через зажим 2 к средней точке первичной обмотки входного трансформатора .

В обмотке возбуждения вибропреобразователя создается переменное магнитное поле, заставляющее вибрировать якорь с частотой 50 колебаний в секунду. Перемещаясь, пластина якоря замыкает то верхний, то нижний контакт преобразователя. В результате входной сигнал замыкается поочередно на точку 3 или 4 входной обмотки трансформатора . Со средней точки 5 обмотки цепь замыкается на источник сигнала.

При наличии напряжения небаланса в измерительной схеме прибора через первичную обмотку входного трансформатора попеременно проходит ток то в одном, то в другом направлении, создавая в сердечнике трансформатора переменное магнитное поле, которое индуцирует во вторичной его обмотке переменное напряжение с частотой тока питания обмотки возбуждения ОВ.

Фаза вторичного напряжения трансформатора зависит от знака напряжения небаланса.

Пирометрические милливольтметры. Принцип их работы основан на взаимодействии магнитного поля проводника с током магнитного поля постоянного магнита. В результате взаимодействия этих полей возникает вращающий электромагнитный момент , действующий на проводник (рисунок 59).

Измерительная схема милливольтметра образована подвижной рамкой 1 и постоянным магнитом 6. По виткам рамки протекает электрический ток, создавая вокруг нее магнитное поле. Между полюсными наконечниками постоянного магнита помещен цилиндрический стальной сердечник 4, создающий радиальный магнитный поток. Рамка крепится на кернах и вращается в кольцевом воздушном зазоре между полюсными наконечниками и сердечником.

К рамке жестко крепится стрелка 7, конец которой перемещается вдоль шкалы прибора, проградуированной в единицах измеряемой величины. У опор рамки размещены две специальные пружины 5, которые создают противодействующий момент, уравновешивающий систему в момент измерения. После окончания измерения момент возвращает рамку в нулевое положение. Кроме того, спиральные пружины выполняют роль токопроводящих проводов для подвода термо-э.д.с. от термоэлектрического преобразователя к рамке милливольтметра.

В момент равновесия рамки милливольтметра вращающему электромагнитному моменту М, противодействует момент пружины , т.е. .

Вращающий электромагнитный момент:

,

(2.50)

где – радиальная ширина рамки, м;

– сила, поворачивающая рамку милливольтметра.

Противодействующий момент спиральной пружины определяется ее геометрическими размерами

(2.51)

где – ширина спиральной пружины, м;

– толщина пружины, м;

– модуль упругости, Па;

– длина пружины, м;

– угол поворота рамки (закручивания пружины).

Согласно условию равновесия рамки при и считая, что значения всех величин измерительной схемы постоянны, угол поворота рамки пропорционален величине силы тока в рамке:

(2.52)

где – коэффициент пропорциональности, характеризующий чувствительность прибора к току .

Поскольку сила тока в рамке зависит от сопротивления подсоединенных приводов, то для правильного измерения необходимо подогнать сопротивления внешней цепи до значения, при котором градуировался прибор. Это значение указывается на шкале прибора, оно может быть равно 0,6; 5,0; 15 и 25 Ом. Для подгонки до заданной величины служит подгоночная катушка 3. Для подгонки диапазона шкалы и ограничения влияния ее на точность измерений колебаний температуры окружающей среды служит добавочное сопротивление 2.