I1/"!! Заказ №301 321

входу ЭНИ и зависящая от коэффициента усиления ЭНИ Во вторых, это дрейф нуля ЭНИ, который определяется уровнем шумов и наводок, приведенных к входу нуль-индикатора. Д_Ля их снижения принимается ряд мер (фильтрация питания, экра­нирование и др.).

Как было показано в гл. 2, при достаточно большой глубине уравновешивания (о-Я), х-И) результирующая погрешность таких приборов в первую очередь характеризуется мультипли­кативной погрешностью обратного преобразователя, т. е. со­вершенством его исполнения.

К общим достоинствам приборов со следящим астатическим уравновешиванием (см. рис. 9-13) относятся возможность пря­мого отсчета на регистрирующем устройстве РУ по показанию интегрирующего звена (например, РД) и большой устанавли­вающий момент на валу двигателя, что позволяет создавать регистрирующие приборы с бумажными диаграммами. Недо­статки этих приборов заключаются в незначительном рабочем диапазоне на каждом пределе измерения (£>_р=5-ь 10), сравни­тельно малом быстродействии (при электромеханическом ис­полнении время перемещения указателя вдоль всей шкалы не менее 1—0,5 с) и опасности возникновения автоколебаний при попытках увеличения коэффициентов усиления в прямой цепи для уменьшения погрешностей устройства.

Автоматические электронные мосты широко ис­пользуются для измерений технологических параметров и в пер­вую очередь для измерения температуры. В новейшей серии вторичных приборов «К» автоматические мосты выпускаются миниатюрные, малогабаритные и нормально габаритные с плос­кими и вращающимися шкалами, одно- и многоточечные, с за­писью на круговой и плоской диаграмме, со встроенными вы­ходными преобразователями ГСП, преобразователями реостат-

322 лого, дифференциально-трансформаторного и ферродинамиче-' ского типов.

Структурная схема самопишущего моста типа KCM приве­дена на рис. 9-14. Три плеча измерительной равновесной мосто­вой цепи состоят из резисторов с манганиновыми сопротивлени­ями R2, R3 и R4. В четвертое плечо включен термометр электри­ческого сопротивления Р_тс по трехпроводной схеме (см. рис. 9-8, б). Резисторы Р_д и г_д (рис. 9-14) служат для ограничения тока, протекающего по преобразователю, и его подгонки. При под-■ключении параметрического преобразователя предусматрива­ется фильтрация внешних наводок на него, особенно низкой и промышленной частоты. Эту функцию выполняет R_TCC1 — фильтр, в котором конденсатор с емкостью С, выбирают из расчета X_c = aC<R_TC/\0-100.

Переменное сопротивление реохорда R_p служит для урав­новешивания мостовой цепи. Для подгонки сопротивления R₃kb =

'■д- _t которое стандартизируется и должно воспроизво-

диться при замене реохорда, служит шунт R_m. Резистор с со­противлением R_n определяет пределы измерения моста в соот­ветствии с коэффициентом его преобразования [30, 45].

rs А#р Кз Кэкв + #п (9-16)

^м~ ДЯтс ' R_a + R_t + r_aa ' Д_п

а Гц служит для подгонки его пределов измерений.

Колебания питания мостовой цепи изменяют чувствитель­ность мостовой цепи. Поэтому при настройке и при эксплуата­ции в автоматических приборах производится проверка и регу­лировка значений токов с помощью добавочных сопротивлений: постоянного R пит и переменного /\пит-

При питании мостов постоянным током (и в потенциометрах) в состав ЭНИ (см. рис. 9-14) входят вибропреобразователи ВП, которые разбаланс моста в виде напряжения постоянного тока соответствующего знака преобразуют в напряжение перемен­ного тока соответствующей фазы и промышленной частоты. Причем для согласования выходного сопротивления моста с входным сопротивлением ЭНИ и выделения первой гармоники напряжения после ВП (f=50 Гц) используют входной транс­форматор с ZJC2-KOHTypoM (настроенным на /=50 Гц).

Электронные усилители напряжения ЭУН и мощности ЭУМ переменного тока увеличивают сигнал разбаланса моста до зна­чения достаточного для воздействия на реверсивный двигатель Ml, которое определяется порогом его трогания. Фазочувстви-тельность ЭУМ позволяет в управляющую обмотку двигателя подать ток соответствующей фазы и обеспечить нужное для ком­пенсации разбаланса моста направление его вращения. Двига­тель связан с движком реохорда R_v и перемещает его до тех

' iVa 11- 323

пор, пока не наступит равновесие моста. Одновременно он пе­ремещает указатель и регистрирующее устройство, которое на диаграммной ленте, движущейся с помощью синхроного двига­теля М2 с определенной скоростью, записывает изменение изме­ряемой неэлектрической величины, например температуры.

Классы точности современных автоматических мостов, нор­мированные по приведенной погрешности, составляют 0,25; 0,5; 1,0, хотя часто погрешность отсчета не обеспечивает таких зна­чений. Эти приборы являются одними из самых точных техни­ческих средств измерений. Однако их сравнительно большая сложность и, следовательно, пониженная надежность, высокая стоимость и большие габарит и масса заставляют отдавать предпочтение магнитоэлектрическим приборам прямого преоб­разования при работе с датчиками неэлектрических величин, если нет необходимости регистрировать во многих точках изме­ряемые величины, а требования к метрологическим характери­стикам не являются определяющими.

Новейшие автоматические мосты типа МФП (показываю­щие) и МФС (самопишущие) являются безреохордными с фер-родинамическими компенсирующими устройствами. В этих уст­ройствах напряжение разбаланса измерительной диагонали мо­стовой цепи компенсируется напряжением, возникающим в рамке ферродинамического преобразователя при перемещении ее ре­версивным двигателем. Автоматические приборы снабжены фер-родинамическими, частотными и пневматическими выходными преобразователями. Основная погрешность таких приборов оп­ределяется погрешностью у =±0,5 %, а время прохождения ука­зателем всей шкалы 2,5; 6; 16 с.

В комплекте с датчиками неэлектрических величин, выход­ной сигнал которых представляет небольшие напряжения по­стоянного тока, наибольшую точность обеспечивают потен­циометры.

Принципиальная схема потенциометра, представленная на рис. 9-15, поясняется на примере переносного потенциометра типа ПП.

Неизвестное напряжение Е_х определяют в два этапа: 1. В положении ключей К нуль-гальванометр НГ подклю­чают к цепи /. Изменением значения Р_д добиваются установки гальванометра на нуль. При этом

Янэ = /_Р = £„э, (9-17)

где Е_иэ —ЭДС образцовой меры — нормального элемента.

Сопротивления R1 и R2 служат для ограничения тока, про­текающего по нормальному элементу, создающему опорное на­пряжение £_нэ, при установке рабочего тока. Таким образом, на первом этапе при установке рабочего тока /_р, протекающего по цепи ///, устанавливается его расчетное значение. Расчетное значение тока выбирается таким, чтобы падение напряжения

324

на сопротивлениях реохорда Р_р было равно значению, приве­денному в схеме.

2 На втором этапе измеряют Е_х. Ключи перебрасываются в положение И, и нуль-гальванометр подключается к цепи //. С помощью секционного ступенчатого изменения сопротивления реохорда (падение напряжения на котором соответствует сту­пеням по 10 мВ) и плавного изменения сопротивления (паде­ние напряжения на нем составляет 11 мВ) осуществляется уравновешивание Е_х. Текущее значение измеряемого напряже­ния составляет E_X=R_VI_V, или с учетом (9-17).

(9-18)

НнВ

— ^снэ-*<н э

Рис. 9-15

Выражение (9-18) подтверждает возможность получения в потенциометрах высокой точности измерения. Действительно, если учесть, что на современном уровне развития измеритель­ный техники порог чувствительности обычных нуль-гальвано­метров магнитоэлектрической системы составляет 10~⁸—10~⁹ А на 1 деление, то погрешность измерения определяется согласно (9-18) из выражения

6_£ = 6_Д -b_R -а_Е . (9-19)

Из (9-19) следует, что б_£ зависит от погрешностей изго­товления сопротивлений Р_р, Рнэ и нормального элемента Е_т. Все три составляющие достаточно малы, поскольку погрешность манганиновых специально состаренных сопротивлений состав­ляет ±(0,01+0,001) %, а Ь_Е =±0,05%. Кроме того, в мо­мент компенсации в / и // цепях токи равны нулю, т. е. не потребляется ток ни от нормального элемента, ни от измери­тельной цепи.

М Заказ № 301 ³²⁵

На рис. 9-16 изображена принципиальная схема автоматиче­ского потенциометра типа КСП. Эта схема аналогична, кроме некоторых элементов цепи сравнения, схеме автоматического моста типа КСМ.

Измерительная цепь трехточечного потенциометра состоит из двух ветвей. В одну ветвь, измерительную, включены резисторы

I им п I

777/ \/ ТП2 \J ТПЗ Рис. 9-16

Ян, /?б и R_p с параллельными элементами Р_ш и R_n, аналогич­ными схеме моста (см. рис. 9-14). Начало шкалы и пределы из­мерения потенциометра регулируются с помощью подстроеч-ных сопротивлений R₆ я R'^.

Резисторы второй ветви R_K и R_M, вспомогательной, образуют цепь контроля рабочего тока мостовой цепи и коррекции по­грешности из-за изменения температуры свободных концов тер­моэлектрических термометров, если потенциометр применяется для измерения ТЭДС. В этом случае R_M выполняют из медной проволоки и располагают на входной панели прибора, где под-326 соединяются к нему концы термопары. Компенсация изменения ТЭДС при колебаниях температуры свободных концов осуще­ствляется аналогично тому, как и в устройстве типа КТ (см. 3.5).

Сопротивление резистора R_K, выбирается из условия lR_K=E_m. Благодаря этому можно по падению на нем напря­жения контролировать рабочий ток / при периодическом под­ключении нормального элемента Е_нэ к клеммам 1 я 2.

Требуемое значение / устанавливается с помощью резис­тора Rk и регулируется подгоночным сопротивлением R_B

В современных автоматических приборах для питания мосто­вых цепей используются источники стабилизированного питания ИСП, иначе электронные стабилизаторы постоянного напряже­ния с кремниевыми стабилитронами в качестве опорных эле­ментов. Поэтому установка рабочего тока в этих приборах осу­ществляется через несколько тысяч часов непрерывной работы.

В измерительной цепи сравнения производится компенсация измеряемой ЭДС Е, например, ТЭДС от 777/, ТП2 я ТПЗ, на­пряжением разбаланса мостовой цепи в измерительной диаго­нали abAU_M- Результат сравнения в виде напряжения Д£/= =E—AU_M поступает на вход усилителя. После вибропреобразо­вателя, усиления прямоугольного напряжения входным транс­форматором (п=10) и выделения синусоидального напряжения с помощью L/C-2-фильтра (см. рис. 9-14) напряжение поступает на трехкаскадный ЭУН. Затем сигнал усиливается по мощно­сти ЭУМ, который благодаря фазочувствительности воздейст­вует на управляющую обмотку реверсивного двигателя Ml таким образом, что движок реохорда, соединенного с ним, пе­ремещается в сторону, где достигается уравновешивание изме­ряемой Е, т. е. E = AU_M-

Если принять зависимость Е от разницы температур рабо­чего t_p и свободного конца /_Св.к термопары; близкой к линей­ной, то получим, учитывая, что изменение ^_Св. к скорректиро-ванно,

£ = S_Tn0p-*cBK) = S_Tn*_p, (⁹"²°)

где S_Tn—чувствительность термопары (в действительности не является по­стоянной величиной).

При равновесии в статическом режиме значение Е опреде­ляется из выражения

E = MJ_U = KJpARp - KJpM/LRp, (9-21)

^гД^е L — полная длина намотки реохорда; А/— перемещение движка рео-^Х0РДа; /,, — ток реохорда; /С», — коэффициент преобразования мостовой цепи,

равный -^^^м ; Д{/_р — падение напряжения на AR_V. At/p

Тогда для шкалы автоматического потенциометра зависи­мость А/ имеет вид

^{M = K}_M^{f^t}_p^{. (9-22)}

Эта зависимость соответствует линейной шкале потенцио­метра с той точностью, с которой выполняется допущение о постоянстве 5_ТП. При этом должны выполняться условия: R_p = const и /_р = const. Оба условия, как было показано выше, легко выполняются. Значение Км можно считать постоянным с погрешностью 0,01—0,001 %•

Для уменьшения внутренних и внешних наводок, поступаю­щих с термопар и проводов, цепи термопар шунтируют RC-фильтрами: Р_Ф1С_Ф1, Р_Ф2С_Ф2 и #_ФЗС_Ф3.

К приборам уравновешивания примыкают миллиампер­метры и вольтметры типа КСУ, предназначенные для измере­ния силы постоянного тока 5; 20 мА и напряжения постоянного тока 1, 10 В. Эти приборы отличаются от автоматических по­тенциометров типа КСП только тем, что параллельно входу приборов включено калибровочное сопротивление (для милли­амперметров) или делитель напряжения (для вольтметров). В миллиамперметрах ток от стандартного датчика с токовым входом протекает по калиброванному входному сопротивлению и создает определенное падение напряжения в потенциометре. В вольтметрах измеряется малое напряжение, снимаемое с де­лителя.

Приборы этой серии выпускаются на 1, 3, 6 и 12 точек из­мерения с однотипными датчиками со временем прохождения каретки по всей шкале 1; 2,5; 5; 10 и 16 с. Приборы содержат сигнализирующие, регулирующие двух- и трехпозиционные устройства, а также стандартные преобразователи ГСП, пре­образователи ферродинамического и реостатного типов для дистанционной передачи показаний.

В этой же серии новейших вторичных приборов выпуска­ются миниатюрные показывающие (типа ЭПП) и самопишу­щие (типа ЭПС) потенциометры, которые являются безрео-хордными уравновешивающими одноточечными устройствами. В отличие от рассмотренных выше приборов в этих потенцио­метрах компенсация измеряемого значения напряжения осу­ществляется преобразованием перемещения двигателя в изме­нение положения валика, входящего в частотный преобразова­тель, выходная частота которого преобразуется в напряжение уравновешивания. Эти приборы также снабжены стандартными и унифицированными преобразователями с электрическими (аналоговыми и частотными) и пневматическими выходными сигналами, а также сигнализирующими устройствами.

Для широкого класса электромагнитных, взаимоиндуктив­ных датчиков дифференциально-трансформаторного типа, пре­образующих неэлектрические величины в электрический сиг­ал (для передачи его по линии связи), приемным измеритель-м устройством служат дифференциально-транс­форматорные приборы со следящим астатическим урав­новешиванием (см. гл. 2).

На рис. 9-17 представлено принципиальное устройство диф­ференциально-трансформаторного измерительного комплекта, состоящего из преобразователя ДТП и прибора, например, типа КСД-3: Взаимоиндуктивный преобразователь ДТП со-

Рис 9-17

стоит из двух обмоток, первая из которых / является первич­ной обмоткой возбуждения, питающейся от сети. Вторая II со­стоит из двух вторичных обмоток с выходными сигналами е_х и е₂, включенных последовательно и встречно, т. е. Е = е\—е₂.

Дифференциальное включение вторичных обмоток приводит к тому, что при перемещении магнитомягкого сердечника У (связанного с ПИП) в определенном направлении в одной об­мотке индуцируемое напряжение увеличивается на Ае, а в дру­гой уменьшается на Де, а разностный сигнал равен двойному изменению напряжения каждой Е_х=2Ае и снимается с пере­менного для регулировки делителя R'—R". При обратном дви­жении сердечника изменение напряжения во вторичных обмот­ках будет противоположным, что приведет к изменению знака Е\.

Это напряжение по линии связи подается на измерительный прибор КСД-3, в котором имеется аналогичная система кату­шек /, III и IV. Разность напряжений Е_х и Е₂ через делитель R2—R3—R4 и интегрирующую цепочку R5C4 (которая предна­значена для компенсации фазового сдвига в элементах ком-

плекта) подается на вход электронного усилителя и далее к реверсивному двигателю Ml. Двигатель под влиянием сиг­нала А.Е, пропорционально измеряемой ПИП величине, пере­мещает лекало 3 и сердечник 2 до момента когда АЕ=Ех—Е₂ = = 0, т е. каждому значению измеряемой величины соответст­вует определенное положение сердечников 1 и 2 и отсчетного устройства ОУ, которое связано с двигателем М2, вторичного прибора.

Для установки начальной (нулевой) отметки шкалы в при­боре предусмотрена IV обмотка, шунтированная переменным резистором R1. Если сердечник находится в начальном (ниж­нем) положении, а стрелка прибора не устанавливается на ну­левую отметку шкалы, осуществляется регулировка цепи пе­ремещением движка R1.

Исправность прибора проверяют с помощью кнопки конт­роля К. При ее замыкании цепь вторичной обмотки II отклю­чается и на вход усилителя подается сигнал от обмотки 7/7. В этом случае Ml установит указатель в среднее положение, от­меченное на шкале прибора, при котором Д/:=Де=0. Если при контроле стрелка не устанавливается в указанное положение, прибор настраивают перемещением катушек относительно сер­дечника 2. После проверки вновь регулируют начальную точку резистором R1. Резистор R2 в отличие от других манганиновых выполняется медным для компенсации температурных погреш­ностей вторичной обмотки прибора.

Введение регулируемых элементов в цепи дифференциаль­но-трансформаторной системы делает этот комплект взаимоза­меняемым. В результате возможны раздельная поставка пре­образователей и вторичных приборов без жестких требований к точности их изготовления, а также работа одного прибора с группой дифференциально-трансформаторных преобразова­телей.

Дифференциально-трансформаторная система широко при­меняется при передаче измерительных сигналов на расстояние до 4—6 км. Вторичные приборы этой системы могут комплек­товаться выходными преобразователями Г, Д, Е (см. рис. 9-17) с электрическими и пневматическими выходными сигналами, используемыми для подключения дублирующих приборов, ре­гулирующими А, Б и сигнальными В устройствами [1].

С развитием ГСП все большее значение приобретают ана­логовые приборы со следящим астатическим уравновешиванием (см. гл. 2) ферродинамической системы с электри­ческими аналоговыми, электрическими дискретными (частот­ными) и пневматическими выходными сигналами. Они предна­значены для работы в комплекте с измерительными устрой­ствами, снабженными выходными ферродинамическими (ПФ) и дифференциально-трансформаторными (ПД) преобразовате­лями. Эти приборы развивают большой вращающий момент и

_\

выпускаются в основном в миниатюрном исполнении показы­вающими самопишущими с записью на диаграммной ленте, а также со встроенными выходными преобразователями и ре­гуляторами.

На рис. 9-18 изображена схема устройства ферродинамиче-ских преобразователей перемещения в электрический унифи­цированный сигнал переменного тока, которые встраиваются в передающее и принимающее измерительное устройство для передачи показаний на рас­стояния.

Устройство представляет собой ферродннамический из­мерительный механизм, состо­ящий из электромагнита, вклю­чающего катушку 1 с обмот­ками возбуждения и смеще­ния, магнитопроводов 2, 6 с ферромагнитным сердечником 3 и бескаркасной рамки 4. Сер­дечник 3 механически связан с первичным измерительным преобразователем или с ком­пенсирующим преобразовате­лем во вторичном приборе. По­ворот сердечника в поле элек­тромагнита на угол а наводит ЭДС E_v в рамке 4, укреплен­ной на сердечнике, равную Е_р = У2 со Bbwr а = k а, (9-23) где коэффициент k пропорционален угловой частоте тока в обмотке воз­буждения со, магнитной индукции

в зазоре В, длине провода рамки, пересекающего магнитное иоле и опреде­ляемого числом витков w и высотой сердечника Ъ, и среднему радиусу рамки т.

ЭДС в рамке пропорциональна взаимоиндуктивности между обмоткой возбуждения и рамкой, которая равна 0 при совпа­дении плоскости рамки с нейтралью NN и максимальна при а=±20°. Значение выходного напряжения, снимаемого с рамки через спиральные пружины, регулируется изменением зазора 5 с помощью магнитопровода 2, а также поворотом рамки по отношению к нейтрали NN при неизменном положении сочле­нения входного преобразователя с сердечником. Обмотка сме­щения используется в ферродинамических преобразователях Для преобразований соотношений.

Принципиальная схема измерительного комплекта передачи показаний на расстояние с ферродинамическими преобразова­телями приведена на рис. 9-19.

Измеряемая величина х воздействует на положение; рамки ферродинамического преобразователя ФП1 и вызывает⁷ в ней ЭДС пропорциональную измеряемой величине. Эта ЭДС по­ступает по линии связи на компенсирующий ферродинамиче-ский преобразователь ФП2 вторичного прибора. Обмотки воз­буждения обоих преобразователей включены последовательно а рамки ФП1 и ФП2 — встречно, так что ЭДС рамок образует разницу АЕ=Ег—Е₂. Разница попадает на вход электронного усилителя и далее на реверсивный двигатель М. Последний че-

ФП1 фП2

Рис. 9-19

рез лекало или кулачок поворачивает рамку вторичного при­бора до тех пор, пока ЭДС первой рамки не будет скомпенси­рована, т. е. Д£=0 (точнее, порогу чувствительности электрон­ного усилителя). Одновременно реверсивный двигатель пере­мещает указатель и производится регистрация измеряемой величины X.

Аналогично работают комплекты дифференциально-транс­форматорных датчиков с ферродинамическими приборами.

К недостаткам ферродинамических преобразователей и пе­редач следует отнести сравнительно небольшой угол поворота, на который может быть повернута рамка.

В ферродинамических приборах со встроенными выходными преобразователями одновременно с перемещением рамки ФП2 изменяются положения подвижных систем выходных преобра­зователей ферродинамического, струнного или пневматического.

Устройство последних преобразователей аналогично устройству преобразователей, рассмотренных в начале главы. Выходные преобразователи позволяют сопрягать ферродинамический из­мерительный комплект с электрическими и пневматическими элементами автоматики и вычислительной техники.

В комплекте агрегатных электрических средств контроля и регулирования АСКР-ЭЦ, предназначенном для контроля, ре­гулирования и управления непрерывными технологическими процессами, имеется набор средств, унифицированных по ин­формационным, энергетическим и конструктивным характери­стикам и позволяющих создать автономные системы контроля (и управления). Эти системы дают возможность осуществлять: непрерывное измерение текущих значений параметров с по­мощью одно-, двух- и трехканальных регистрирующих прибо­ров; циклический сбор, измерение и кодирование информации; непрерывную и циклическую сигнализацию отклонения пара­метров от нормы; регистрацию в цифровой форме текущих значений параметров через фиксированные временные интер­валы и в момент их отклонений от нормы; косвенные измере­ния и др.

Для работы с аналоговыми датчиками (термоэлектриче­скими термометрами, термометрами сопротивления, с выход­ными сигналами в виде напряжения, дифференциально-транс­форматорными датчиками и датчиками ГСП) предназначены следующие средства измерения:

устройства коммутации сигналов датчиков (типа А206-01) для 32 датчиков;

блоки представления информации (типа БА11-001—006), в которых приводятся значения параметров, знак, порядок, размерность и адрес параметров;

аналоговые показывающие одношкальные приборы (А501) щитового, стоечного или настольного исполнения (основная по­грешность ±1 %)",

аналоговые показывающие и регистрирующие одно- (А541), двух- (А542) и трехканальные (А543) приборы, у которых погрешность измерения составляет ±0,5 %, записи ±1 %, а ис­полнение щитовое, стоечное и настольное;

аналоговые показывающие многоканальные приборы (А511) Для восьми параметров с тем же конструктивным исполнением и основной погрешностью +0,5%;

аналоговые вычислительные устройства (А343), позволяю­щие производить сложение, вычитание, умножение, деление, возведение в степень для 10 входных сигналов;

устройства аналого-цифрового преобразования (А328-18) для аналоговых сигналов 0—10 В при числе каналов от 16 до 16X16=256;

установки непрерывного избирательного контроля и позици­онного регулирования (А 761-05) для непрерывного измере-

ния, сигнализации и записи на аналоговых устройствах, пред­ставление информации на мнемосхемах для 16 датчиков;

установки централизованного контроля технологических па­раметров (А 701-03) для циклической сигнализации отклоне­ний, цифровой регистрации параметров и отклонений и выдачи информации на УВКМ-6000.

Входными сигналами этих средств являются сигналы пере­численных выше датчиков, а выходные сигналы электрические: по постоянному току 0—10 В и кодовые. Быстродействие ана­логовых приборов 2,5 с.

■ Перечисленный набор периферийных средств позволяет со­здать типовые структуры систем автоматического контроля для технологических процессов ЦБП, обладающие достаточной универсальностью и обеспечивающие решения задач по техно­логическим измерениям и контролю.