§ 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.

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

П реобразование происходит по схеме параметр 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 Я 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_с. 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)

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

Рис. 5.11. Электрическая схема замещения колеб­лющейся струны в маг­нитном поле

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 f определяется выражением

. (5.24)

Как следует из уравнения (5.24), собственная частота колеба­ний 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 f₀ — начальная частота; П_МАХ, 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 ПИП с частотным унифицированным сигналом 0,5 и 1,0. Дальность передачи информации до 10 км.