книги из ГПНТБ / Попов В.С. Электрические измерения (с лабораторными работами) учебник

измеряется-, затрудняют уравновешивание моста. Включе­ ние фильтра последовательно с индикатором облегчает уравновешивание моста. При применении в качестве нуле­ вого индикатора телефона уравновешивают мост только по звуку основного тона. Погрешность измерений таким мостом 0 , 1 — 0,5%, область применения его 100 Гц—100 кГц.

Глава одиннадцатая

1 1 - 1 . Н А З Н А Ч Е Н И Е С А М О П И Ш У Щ И Х ПРИБОРОВ

Для нормальной эксплуатации установки или для правильного ведения технологического процесса часто бывает необходимо производить запись той или иной изме­ ряемой величины. Приборы для записи измеряемой вели­ чины в течение длительного времени называются самопи­ шущими приборами.

Сам01жшущий прибор имеет измерительный механизм с указателем, положение которого фиксируется на бумаге, перемещающейся с постоянной скоростью.

По способу записи приборы делятся на приборы с непре­ рывной записью и приборы с точечной записью.

11-2. П Р И Б О Р Ы С Н Е П Р Е Р Ы В Н О Й З А П И С Ь Ю

Устройство одного из приборов с непрерывной за­ писью дано на рис. 11-1. На оси измерительного механизма укреплен дугообразный держатель 1 с капиллярным пером и указательной стрелкой. Капиллярное перо (рис. 11-2, а)

280

представляет собой тонкую стеклянную Г-образную трубку, нижний конец которой расположен в неподвижной чернильнице 3, а верхний прикасается к бумаге 2. Капил­ лярные силы поднимают чернила к верхнему концу трубки, оставляя след в точке соприкосновении пера с бумагой. Перо

может вращаться вокруг оси подвеса, прижимаясь к бу­ маге силой тяжести.

Диаграммная бумага при помощи небольшого син­ хронного двигателя или часового механизма с постоянной скоростью перемещается сверху вниз (ось у), а перо — в перпендикулярном направлении (ось х), при этом перо

281

На рис. 11-2, б показано перо-чернильница. Оно пред­ ставляет собой тонкостенный конус с двумя отверстиями, одно — для заполнения пера чернилами, другое — для пода­ чи чернил на бумагу. Это перо также подвешивается свободно, с тем чтобы оно имело возмож­ ность легко перемещаться по бумаге. Применяются перья и

ницей (а) и перо с черниль- форационных отверстии и, на- ипцеп (б). конец, собирается на катушку

Схема движения диаграммной ленты

Рис . i l - З . Схема устройства лентопротяжного мехапизма красно ­ дарского завода З И П .

4. Эта катушка и тянущий барабан приводятся в движение от синхронного двигателя. Запись производится на гори­ зонтально расположенной части бумаги.

282

Выпрямляющее устройство, применяемое в некоторых самопишущих приборах, показано на рис. 11-4. На оси подвижной части 1 измерительного механизма укреплен рычажок, шарнирно связанный со стрелкой в точке 4. Верхний конец стрелки перемещается между параллелями 5 в вертикальном направлении, а нижний конец с конусным

пером 2 перемещается в горизонтальной плоско­ сти. При этом движении перо вычерчивает кривую измеряемой величины в

прямоугольных координатах, если одновременно с пером происходит движение бумаги 3 в перпендикулярном на­ правлении (сверху вниз).

Кроме рассмотренных, применяются приборы, у кото­ рых запись измеряемой величины производится на круг­ лой бумажной диаграмме'(рис. 11-5). Бумага укрепляется на диске прибора, приводимом во вращение от часового механизма или синхронного электродвигателя. Диск обыч­ но делает один оборот в сутки, так что получается нагляд­ ная суточная диаграмма измеряемой величины. Отсутствие дорогостоящего лентопротяжного механизма значительно снижает стоимость прибора.

11-3. П Р И Б О Р Ы С Т О Ч Е Ч Н О Й ЗАПИСЬЮ

Схема устройства самопишущего прибора с точечной записью дана на рис. 11-6. На оси подвижной части изме­ рительного механизма укреплена стрелка С. Под стрелкой

283

параллельно верхнему валику, через который переброшена диаграммная бумага А, расположена красящая лента Л. Стрелка всегда занимает положение, соответствующее значению измеряемой вели­ чины. Над стрелкой распо­ ложена дуга Д, которая пе­ риодически несколько раз в минуту падает на стрелку и поднимается. При падении дуга прижимает стрелку к красящей ленте и бумаге, в результате чего на бумаге появляется точка, отмечаю­ щая значение измеряемой ве­ личины. Диаграммная бума­ га перемещается с постоян­ ной скоростью, так же как и в приборах с непрерывной

записью.

Точечная запись даёт воз­ можность одним прибором

прозводить измерение и запись нескольких величин. У такпх приборов одновременно с подключением измери­ теля к той пли иной измеряемой цепи происходит пере­ мещение красящих лент, так что каждая измеряемая величина будет записываться точками определенного цвета, что облегчает чтение кривых.

11-4. П Р И Б О Р Ы Д Л Я ЗАПИСИ Н О Р М А Л Ь Н Ы Х И А В А Р И Й Н Ы Х Р Е Ж И М О В Р А Б О Т Ы

Для записи электрических величин при нормальных режимах работы установки достаточно иметь скорость движения диаграммной бумаги около 20—60 мм/ч. При аварийных режимах скорость движения бумаги должна быть значительно большей.

Отечественная промышленность изготовляет самопи­ шущие приборы, предназначенные для работы при нор­ мальных и аварийных режимах, например амперметры и вольтметры типа Н385, частотомер типа И388. Это — выпрямительные приборы, у которых измерительный меха­ низм магнитоэлектрической системы имеет дополнитель­ ную рамку, замкнутую на резистор, обеспечивающую быстрое успокоение (0,2 с).

284

Движение бумаги производится импульсным двига­ телем, один импульс обеспечивает перемещение бумаги на 1/3 мм. Импульсы получаются от датчика импульсов (приставка Р335). При нормальном режиме датчик дает 180 импульсов в час.

При наступении аварийного режима происходит вклю­ чение на 24 С второго аварийного датчика, дающего 30 импульсов в секунду (36 ООО мм/ч).

11-5. О Б Щ И Е З А М Е Ч А Н И Я

Измерительный механизм самопишущего прибора с не­ прерывной записью должен обладать большим вращаю­ щим моментом, с тем чтобы значительное, трение, в частности пера о бумагу, не вызывало увеличения по­ грешности прибора. Наиболее часто применяются изме­ рительные механизмы магнитоэлектрической и ферродина-

в виде рулона. Длина ее 10—50 м, ширина 100—120 мм. С одной стороны бумаги проштамповываются отверстия (перфорация), в которые входят штифты тянущего меха­ низма.

Чем скорее изменяется регистрируемая величина, тем выше должна быть скорость движения бумаги. Она колеб­ лется от 20 до 36 000 мм/ч. Хорошая запись получается ,• при скорости движения бумаги, в 30—60 раз большей мак­ симальной скорости движения пера. Для изменения ско­ рости применяют сменные шестерни.

Качество записи зависит от качества бумаги, к кото­ рой предъявляют ряд требований. Чернила должны мед­ ленно сохнуть в чернильнице и быстро на бумаге. Вяз­ кость их должна соответствовать типу пера.

При небольших скоростях записи применяются капил­ лярные перья и неподвижные чернильницы. Для разных скоростей применяют капилляры разного диаметра. При больших скоростях записи применяются перья-черниль­ ницы.

Чистить перья можно только специальными приспо­ соблениями. Перед наполнением чернилами перо промы­ вают водой или спиртом.

285

Б. ОСЦИЛЛОГРАФЫ

11-6. Н А З Н А Ч Е Н И Е О С Ц И Л Л О Г Р А Ф О В

Осциллограф — это прибор для записи кривых быстро изменяющихся величин. Осциллографы делятся на светолучевые или электромеханические и электронно-лу­ чевые или электронные.

Светолучевые осциллографы, подвижная часть изме­ рительного механизма которых обладает заметной инер­ цией и частотой собственных колебаний до 10 кГц, приме­ няется для наблюдений и записи электрических величин частотой до 2 кГц ИЛИ непериодических величин дли­ тельностью до 1 мс.

Электронные осциллографы, подвижная часть которых создается электронным лучом, практически не обладающим инерцией, применяются для наблюдений и записи элект­ рических величин частотой до сотен мегагерц или непе­ риодических процессов длительностью до долей микро­ секунд.

11-7. С В Е Т О Л У Ч Е В Ы Е И Л И Э Л Е К Т Р О М Е Х А Н И Ч Е С К И Е О С Ц И Л Л О Г Р А Ф Ы

Светолучевые или электромеханические осциллографы обычно имеют магнитоэлектрические или ферродинамические измерительные механизмы.

Электромеханический осциллограф имеет несколько узлов: осциллографические гальванометры (вибраторы), оптическую систему, устройство для визуальных наблю­ дений, устройство для фотографирования и электрическую схему.

Осциллографический гальванометр магнитоэлектриче­ ской системы (рис. 11-7, а) имеет постоянный магнит 1, в поле которого находится петля 2 с зеркальцем 3. Петля опирается на призмы 4 и натягивается пружиной 5. Это

.устройство помещается в пластмассовом корпусе, напол­ ненном для успокоения кремнийорганической жид­ костью. В корпусе гальванометра имеется окно для лу­ чей света.

От взаимодействия тока, проходящего по петле галь­ ванометра, с полем магнита создается вращающий момент, который при малых углах поворота может быть выражен [см. (2-6)]: М = iBSw. Этот момент вызовет отклонение петли и поворот зеркальца (рис. 11-7, б и в ) . При малой

2,86

инерции и большой собственной частоте колебаний галь­ ванометра угол поворота зеркальца пропорционален мгно­ венному значению тока в гальванометре.

'ft

6)

Р и с . 11-7. Подвижная и неподвижная части гальванометра магнито­ электрической системы.

При периодическом ь токе в петле гальванометра 1 зер­ кальце придет в колебательное движение. Если при этом на пути отраженного от зеркальца луча поместить свето-

Р и с . 11-8. Общая схема устройства и работы электромехани­ ческого осциллографа.

чувствительную фотопленку, укрепленную на цилиндре 2 (рис. 11-8), то на пленке, если она неподвижна, после проявления получится горизонтальная прямая. Длина ее равна перемещению по пленке отраженного луча света

287

и- пропорциональна сумме положительной п отрицатель­ ной амплитуд тока.

Линза 3 фокусирует луч на поверхности пленки, вследствие чего линия получается тонкой и резко очер­ ченной.

При вращении цилиндра с пленкой при неподвижной петле и отраженном от зеркальца луче на пленке полу­ чится прямая, перпендикулярная первой.

При одновременном движении отраженного луча и вращении цилиндра 2 с постоянной скоростью луч вы-

/ v v v v v v y v v v v v v v

Р и с . 11-9. Осциллограмма напряжения и тока ртутного 'вы­ прямителя при коротком замыкании.

чертит на пленке кривую тока, идущего по гальвано­ метру — осциллограмму.

Масштаб времени (абсциссу кривой) определяют, при­ меняя отметчик времени. Он состоит из электромагнита, якорёк которого колеблется с постоянной частотой, на­ пример 500 Гц. Отраженный от зеркальца отметчика луч дает на пленке кривую с известным периодом (рис. 1Г-9).

Масштаб, времени также легко определить, если по одному из гальванометров проходит ток известной час­ тоты.

Если последовательно с гальванометром включить безреактивный добавочный резистор, то ток в гальвано­ метре в каждый момент времени будет пропорционален напряжению и, следовательно, кривая тока в другом

288

масштабе будет кривой напряжения на зажимах цепи гальванометра.

Номинальный ток гальванометра не превышает 100 мА, поэтому при больших токах в цепи применяют шунты.

Длявизуальных наблюдений часть пучка световых лучей, идущих от вибратора,при помощи линзы4 (рис. 11-8) отделяется и направляется на вращающуюся зеркальную призму 5 и от нее на экран 6^ с нижней стороны. Глаз на­ блюдателя расположен над экраном.

При неподвижной зеркальной призме и колебаниях зеркальца гальванометра луч, падающий на экран, вы­ чертит на нем прямую линию, параллельную оси призмы. При неподвижном гальванометре и вращающейся призме луч вычертит на экране, линию, перпендикулярную пер­ вой. При одновременном действии, т. е. при вращении призмы и колебаниях зеркальца гальванометра, луч света вычертит на экране кривую исследуемой величины. Для получения неподвижной кривой необходимо, • чтобы световой луч, отраженный от зеркальной призмы, повторно описал на экране одну и ту же кривую. Для этого частота вращения зеркальной призмы должна быть синхронной, т. е. такой, при которой луч света перемещается по од­ ной грани зеркальной призмы в течение "времени,' равного целому числу периодов.

Схема оптического устройства осциллографа типа Н102,: имеющего восемь гальванометров, дана на рис. 11-10.

Пучок света от лампы 1 проходит конденсаторную линзу 2 и диафрагму 3, которая делит пучок света на во­ семь частей. Эти пучки, отражаясь от зеркал 4, 5 и 8 через линзы гальванометров 7, попадают на зеркала вибраторов 6. Отраженные от зеркал гальванометров лучи света про­ ходят линзы 7 и попадают непосредственно или после от­ ражения от зеркал 8- частично на зеркало 10 и частично на сферическую линзу 9. Часть луча, попавшая на зерка­ ло 10, после отражения от него и зеркала 11 фокусируется линзой 12 на пленку 13. Другая часть луча, проходя через линзы 9 и 16, попадает на зеркальную призму 15 и после отражения — на экран 14.

Осциллограф предназначен для наблюдения и фото­ графирования восьми исследуемых величин.

Пленка и зеркальный барабан приводятся в движение от однофазного асинхронного двигателя. Коробка скоро­ стей дает возможность иметь скорости движения пленки от 1 до 5 ООО мм/с. Емкость кассет — 10 м пленки.