5 Технічні засоби систем автоматизованого вимірювання і контролю

2.1. Вторинні перетворювачі вимірювальної інформації

Якщо вихідним сигналом перетворювача є електрична величина, то таку вимірювальну інформацію, як правило, додатково перетворюють за допомогою вимірювальних схем.

Вимірювальні схеми бувають трьох видів:

1) безпосереднього вмикання;

2) Диференціальні;

3) Порівняльні.

Кожна з них може застосовуватися для активного первинного перетворювача (на виході якого — електрорушійна сила, напруга або струм) чи для пасивного (якщо на виході — електричний опір, індуктивність або ємність).

Приклад схеми безпосереднього вмикання для активного перетворювача наведено на рис. 5.1, а: мілівольтметром вимірюється електрорушійна сила термопари. Проте показання приладу відрізняються від дійсного значення . Насправді, в цьому колі сила струму становить

, (5.1)

де — опір термопари; — опір приладу (мілівольтметра). Показання приладу — це падіння напруги на ньому, яке становить

, (5.2)

тобто відрізняється від шуканого значення на падіння напруги на самій термопарі; показання приладу дорівнювало б значенню тільки тоді, коли б струм І дорівнював нулю. Це є недоліком такої схеми.

Приклад схеми безпосереднього вмикання для пасивного перетворювача наведено на рис. 5.1, б. Якщо значення U незмінне, то значення сили струму, що вимірює міліамперметр, залежить від значення вихідного опору r перетворювача. Недолік цієї схеми полягає в тому, що доводиться вимірювати повний струм у колі, тоді як корисною інформацією є тільки порівняно невеликі зміни струму.

		Приклади диференціальних схем для активних перетворювачів наведено на рис. 5.2, де розглянуто два варіанти з`єднання вторинних котушок диференціальних трансформаторних перетворювачів: узгоджене (а) і зустрічне (б). На рис. 5.2, в показано диференціальну схему для пасивних перетворювачів. Оскільки струми та проходять через прилад назустріч один одному, то при і показання приладу дорівнює нулю.
Рисунок 5.1 Схеми безпосеред-нього вмикання для активного – а; та пассивного – б перетворю-вачів.

Якщо при зміні вимірюваної величини змінюються значення опорів і , то прилад вимірює різницю струмів яка і є корисною інформацією про значення вимірюваної величини, що впливає на перетворювачі та .

Рисунок 5.2 Приклади диференціальних схем для активних перетворювачів: узгоджене (а) і зустрічне (б) з’єднання вторинних котушок. Диференціальна схема для пасивних перетворювачів, (в).

Компенсаційна схема (рис. 5.3) — це приклад схеми порівняння для активних перетворювачів, електрорушійна сила термопари порівнюється з відомою напругою , знятою з подільника напруги, з’єднаного з джерелом зі стабільною напругою . Змінюючи напругу , добиваються рівності її , тоді потенціали в точках А і В дорівнюватимуть один одному, і

гальванометр покаже нуль. Значення , що дорівнює (саме , оскільки в момент вимірювання струму немає), можна визначити за шкалою. Прилад, побудований на основі компенсаційної схеми, називається потенціометром. Два варіанти схеми порівняння для пасивних перетворювачів, відомих під назвою «мостових», наведено на рис. 5.4: зрівноважена (а) і незрівноважена (б). Умовою рівноваги мостової схеми є рівняння (5.3)

Рисунок 5.3 Компенсаційна (порівняльна) схема. Потенціометр

За такої умови потенціали точок С і D однакові, і показання гальванометра дорівнює нулю. При зміні значень треба, відповідно змінюючи , знову досягти рівноваги, після чого обчислити шукане значення за формулою

(5.4)

		Результат вимірювання не залежить від коливань напруги живлення , і це — істотна перевага такої схеми. Мостову схему можна використовувати й інакше: при змінах , не зрівноважувати схему, а вимірювати струм нерівноваги, який при незмінності , і залежить від (а також від коливань ,що є недоліком такої
Рисунок 5.4 Схеми порівняння для пасивних перетворювачів, «мостові»: зрівноважена (а) і незрівноважена (б).

незрівноваженої схеми).

Для дистанційного передавання механічних переміщень (лінійних, кутових) використовуються системи синхронного зв’язку та слідкуючі системи.

Рисунок 5.5 Систему синхронного зв’язку на двох диференціальних індуктивних перетворювачах	Рисунок 5.6 Принцип роботи системи синхронного зв’язку на двох диференціальних індуктивних перетворювачах

Система синхронного зв’язку забезпечує синхронізацію лінійних або кутових переміщень рухомих елементів двох електромеханічних пристроїв (механічно між собою не пов’язаних) за рахунок зусиль, що виникають безпосередньо у самих пристроях при розузгоджечні положень їхніх рухомих елементів.

У слідкуючих системах при розузгодженні положень рухомих елементів двох електромеханічних пристроїв виникає електрична напруга розузгодження; вона підсилюється й приводить у дію допоміжний електричний привод (сервопривод), який усуває розузгодження, примушуючи рухомий елемент другого пристрою повторювати положення рухомого елемента першого, що змінюється за невідомим заздалегідь законом. Систему синхронного зв’язку на двох диференціальних індуктивних перетворювачах показано на рис. 5.5. Якщо якорі обох перетворювачів перебувають у середньому положенні, то струми у всіх чотирьох котушках

однакові. При переміщенні якоря лівого перетворювача вгору струм у котушці зростає, а струм у котушці зменшується. Це виливає на струми та перший з них (у котушці ) теж зростає, а інший (у котушці ) —зменшується (рис. 5.6, а). Оскільки , то й електромагнітне зусилля стане більшим, ніж , тому якір правого перетворювача переміститься вгору і досягне такого самого положення, як і якір лівого. При переміщенні якоря лівого перетворювача вниз (рис. 5.6, б), і навпаки.

Інший різновид системи синхронного зв’язку наведено на рис. 5.7: у ній використано два трансформаторних перетворювачі з поворотною котушкою.

Рисунок 5.7 Система синхронного зв’язку на двох трансформаторних перетворювачах з поворотною котушкою	Рисунок 5.8 Система синхронного зв’язку на двох сельсинах

Слідкуюча система на двох трансформаторних перетворювачах з поворотною котушкою показано на рис. 5

Рисунок 5.9 Слідкуюча система на двох трансформаторних перетворювачах з поворотною котушкою

Слідкуючі системи з диференціальними трансформаторними перетворювачами соленоїдного типу зображено на рис. 5.10. Вторинні котушки трансформаторного перетворювача з'єднані між собою узгоджено.

Переміщення якоря від середнього положення порушить рівність вторинних напруг і . Різниця потенціалів підсилюється підсилювачем 1 і подається на серводвигун, який, переміщує повзунок реостата R компенсуючи різницю напруг і , одночасно повертаючи стрілку показуючого приладу.

У слідкуючій системі, що приведена на рис. 5.11, використовуються два диференціальних трансформаторних перетворювачі соленоїдного типу, вторинні котушки яких з’єднані між собою зустрічно. Різниця напруг , , , підсилюється підсилювачем 1 і подається на серводвигун, який, повертаючи кулачок, переміщує сердечник вторинного перетворювача, компенсуючи розбіжність між напругами , , , а також одночасно повертає стрілку показуючого приладу.

Рисунок 5.10 Слідкуюча система на трансформаторних соленоїдних перетворю-чах, при узгодженому з’єднані обмоток.	Рисунок 5.11 Слідкуюча система на трансформаторних соленоїдних перетворю-чах, при зустрічно з’єднаних обмотках.