книги из ГПНТБ / Электрические измерения. Общий курс учебник

Следовательно, для баллистического гальванометра будет справедливо уравне­

Достигнув этой начальной скорости, подвижная часть затем будет совер­ шать движение, подчиняясь уже уравнению

< 1 2 2 >

5 б = ^ = = ^ ^ 0 С '

180

называется чувствительностью гальванометра к количеству электричества или

жение подвижной части гальванометра носит колебательный характер. Интег­ рал уравнения (122) имеет вид:

у=е-$х (Сх COST У 1 — ß2 + C2 sin т У Г Н ^ ) .

Постоянные интегрирования Сх и С.г находим из тех же начальных условий, что и для случая ß = 0:

C l = 0; i ^ g f g g j - —Я.

и решение уравнения (122) приобретает следующий вид:

WaXmVl~V

Производная от у по т

1/ = е - т ( С і + С,т).

Определяя постоянные интегрирования по тем же начальным условиям, что

181

Рассмотрение полученных результатов показывает, что оаллиетичеекая чувствительность в отличие от чувствительности гальванометра к току и на­ пряжению зависит от степени успокоения р\

Р и с . 120. Характеристики баллистического галь­ ванометра

(ß = 1) уменьшается по сравнению со случаем ß = 0 в е раз. Время баллисти­ ческого отброса Тх также уменьшается по мере увеличения степени успокоения. На рис. 120 показано изменение этих характеристик в зависимости от степени успокоения.

'Глава пятая

ИЗМЕРЕНИЯ И РЕГИСТРАЦИЯ ИЗМЕНЯЮЩИХСЯ ВО ВРЕМЕНИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

22. Общие сведения

Назначение и классификация средств регистрирующей техники.

Для наблюдения за техническими процессами на производстве при научно-исследовательских и экспериментальных работах, а также в медицинской практике часто требуется не только измерить те или иные физические величины, но и автоматически зафиксировать их значения. Для этой цели служат разнообразные регистрирующие при­ боры. По результатам регистрации измеряемых величин можно опре­ делить текущие значения измеряемой величины, определить тен­ денцию изменения этой величины и установить функциональные связи между несколькими измеряемыми величинами.

Взависимости от числа одновременно регистрируемых величин различают одноканальные и многоканальные регистрирующие при­ боры.

Взависимости от формы регистрации различают самопишущие измерительные приборы — приборы, производящие запись в виде диаграмм, и печатающие измерительные приборы — приборы, в которых предусмотрено печатание показаний в цифровой форме.

182

В зависимости от структурной схемы самопишущие измеритель­ ные приборы делятся на две группы: самопишущие измерительные приборы прямого преобразования и компенсационные самопишущие измерительные приборы (самопишущие приборы следящего пре­ образования).

Запись может быть непрерывной, т. е. такой, когда значение измеряемой величины записывается сплошной линией на диаграмме, и точечной, или которой значения измеряемой величины регистри­ руются на диаграмме точками, располагающимися относительно друг друга на некотором расстоянии. В первом случае приборы на­ зываются самопишущими с непрерывной записью, во втором — самопишущими с точечной записью.

В практике электрических измерений встречается необходимость регистрации как медленно изменяющихся во времени величин, так и

стот — электронные осциллографы.

Виды регистрации измерительной информации. Существуют раз­ личные способы регистрации измерительной информации. В само­ пишущих приборах широко используется чернильная перьевая запись на обыкновенной бумаге. В осциллографах применяется запись на фотобумаге и фотопленке. Однако в ряде случаев эти спо­ собы неприменимы или неудобный эксплуатации приборов. Черниль­ ная перьевая запись может применяться лишь для медленно изменяю­ щихся величин. При записи на фотобумаге или фотопленке для воспро­ изведения информации необходима их дополнительная обработка. В последнее время в светолучевых осциллографах получила при­ менение так называемая дневная фотобумага, в которой использо­ ваны фотоматериалы, не нуждающиеся в проявлении и с которыми можно работать при неярком дневном свете. Вследствие разнообра­ зия требований, предъявляемых к регистрирующим приборам и способам регистрации, разработаны и применяются иные способы регистрации измерительной информации: магнитные, электрофото­ графические, химические и др. Магнитный способ регистрации по­ лучил применение в регистрирующих приборах, получивших наз­ вание магнитографов. Схема устройства для магнитной регистрации показана на рис. 121. Ферромагнитный носитель 1 в виде ферропленкп посредством электродвигателя перематывается с катушки 3

183

на катушку 4. Ролики 2, 5 и в обеспечивают прохождение пленки возле электромагнитных головок: стирания .9, записи 8 и воспроиз­ ведения 7. Регистрируемый ток I пропускается по обмотке, распо­ ложенной на магнитопроводе из тонкихлистов сплава с высокой магнитной проницаемостью (типа пермаллоя). Магнитопровод имеет два зазора — рабочий и вспомогательный. Узкий рабочий зазор (примерно 0,03 мм) обеспечивает более острую фокусировку маг­ нитного «луча». Вспомогательный зазор (до 0.5 мм) необходим для уменьшения остаточного намагничивания магннтопровода и ста­ билизации его свойств. Принцип магнитной регистрации заклю­ чается в намагничивании в разной степени в зависимости от силы изменяющегося тока і движущейся пленки, которая должна быть

дится головкой 9 путем пропускания по ней тока высокой частоты (десятки килогерц) от вспомогательного источника. При движении пленки переменное магнитное иоле головки 9 постепенно убывает до нуля, обеспечивая размагничивание пленки. Воспроизведение магнитной записи головкой 7 заключается в преобразовании маг­ нитного поля пленки в э. д. с. Схематически этот процесс показан на рис. 122. Остаточная индукция участков пленки показана чер­ ными фигурами. Магнитные диполи пленки можно рассматривать как постоянные магниты, поле которых частично замыкается через магнитопровод головки, в обмотке которого (обмотка на рис. 122 не показана) индуктируется э. д. с , зависящая от скорости изменения потока в магнитопроводе. По этой причине при регистрации очень медленно изменяющихся величин (частоты в пределах 0—5 Гц) величина выходного сигнала надает и становится соизмеримой с шу­ мами ленты и усилителя воспроизведения, т. е. возникают большие погрешности в регистрации. Этот недостаток может быть преодолен путем модуляции (например, амплитудной) вспомогательного источ­ ника переменного тока регистрируемым сигналом или применением

благодаря которому магнитная проницаемость сердечника пульсирует

184

и в рабочей обмотке наводится э. д. с. двойной частоты, а амплитуда ее огибающей пропорциональна потоку Ф, создаваемому магнитной лентой.

Магнитный метод регистрации обладает рядом существенных до­ стоинств: для воспроизведения информации не требуется дополни­ тельной обработки ленты, этот метод обеспечивает возможность многократного воспроизведения регистрации, возможно многократ­ ное использование магнитной ленты, может быть изменен временной масштаб производимой записи. Магнитной регистрации присущи и серьезные недостатки. Основной недостаток — отсутствие видимости регистрации. Для получения удобочитаемых документов необхо­ дима перезапись вторичным самопишущим прибором.

Благодаря важным достоинствам магнитная регистрация стано­ вится одним из'основных видов регистрации измерительной информа­ ции в диапазоне частот до нескольких килогерц. Применяются и дру­ гие конструкции магнитографов, например с магнитным барабаном. Число головок, располагаемых вдоль образующей барабана, может достигать нескольких сот, а скорость вращения барабана — не­ скольких тысяч оборотов в минуту.

Электрофотографическая регистрация основана на использовании фотополупроводникового материала (селен, сернистый цинк и др.), нанесенного на

посредством электродвигателя сматывается с катушки 3 и, двигаясь по направ­ ляющим роликам 2 и 4, становится чувствительной к свету (сенсибилизируется) непосредственно перед регистрацией при помощи электрического поля, созда­ ваемого высоковольтным источником U, напряжением порядка десятка кило­ вольт. Под действием светового луча, создаваемого измерительным механиз­ мом 6, электрические заряды стекают, и таким образом создается скрытое изоб­ ражение.

Проявление заключается в нанесении порошка-красителя, находящегося в сосуде 5. Порошку предварительно сообщается заряд, одинаковый с зарядом материала. Порошок оседает на экспонированных участках, создавая видимое изображение, которое может быть перенесено на обыкновенную бумагу.

185

Основными достоинствами этого метода регистрации является возможность практически сразу получить видимое изображение регистрируемого процесса. Спет не оказывает действия па фотоиолунроводпиковый материал до сообщения ему заряда. Недостатками этого метода является низкая светочувствительность электрофотографпческоіі бумаги (единицы ГОСТ), следствием чего является невозможность регистрации быстро изменяющихся процессов (скорость движе­ ния бумаги до 3 м/с). Принцип электрохимического способа регистрации изме­ рительной информации (и других видов информации) показан на рис. 125. Бу­ мага 1, пропитанная электролитом (рис. 125, а), протягивается .между электро­ долг 2 и роликом 3, играющим роль второго электрода. Под действием регистри­ руемого тока і в бумаге возникает электрохимическая реакция, вследствие ко­ торой на бумаге образуется окрашенный след. Одним из возможных электроли­ тов является водный раствор крахмала и подпетого калия, дающий после ре­ акции запись синего цвета. Применяются и другие электролиты, но во всех случаях необходима влажная электрохимическая бумага. Это обстоятельство

Рис . 125. Принцип электрохимической регистрации информации

является основным недостатком электрохимического способа. Д л я электроли­ тической регистрации может быть применена и обыкновенная бумага, но она должна перед прохождением через электроды смачиваться в электролите, как это показано на рис. 125, 6. Допустимая скорость движения бумаги зависит от силы регистрируемого тока. При сравнительно больших скоростях движения

могут применяться не только точечные электроды, но и плоские, сложной кон­ фигурации, посредством которых можно получить отпечатки цифр, букв и дру­ гие знаки. Преимуществом такой регистрации является возможность получения отпечатка посредством включения и выключения тока.

Известны и другие способы регистрации измерительной информации, напри­ мер электроискровая, электротермическая и др., но не получившие широкого распространения.

23. Самопишущие приборы прямого преобразования

Самопишущие приборы с непрерывной записью. Приборы этой группы представляют собой электромеханические приборы той или иной системы, которые имеют дополнительные устройства, позво­ ляющие записывать на бумажной ленте значения измеряемой вели­ чины обычно в функции времени.

Подвижная часть этих приборов, помимо указателя, имеет пишу­ щее приспособление, чаіце всего перо, непрерывно записывающее чер­ нилами на движущейся бумажной ленте значения измеряемой вели­ чины. Наличие пишущего приспособления значительно повышает трение, испытываемое подвижной частью. Поэтому для уменьшения

186

погрешности от трения в самопишущих приборах необходимо при­ менять измерительные механизмы со сравнительно большим вра­ щающим моментом порядка 0,5—1,0 мІІ-м. Такой момент можно по­ лучить в магнитоэлектрических и ферродинамических измеритель­ ных механизмах.

Магнитоэлектрические измерительные механизмы применяются

всамопишущих приборах, предназначенных для работы в цепях постоянного тока, — в вольтметрах и амперметрах, а магнитоэлек­ трические логометры в сочетании с полупроводниковыми выпрями­ телями и другими элементами —

вчастотомерах для записи ча­

стоты в сетях переменного тока. Ферродинамические .измери­ тельные механизмы используют­ ся в самопишущих приборах для цепей переменного тока — в вольтметрах, амперметрах и ваттметрах.

По характеру записи значе­ ний измеряемых величин на диаграмме самопишущие при­ боры с непрерывной записью разделяются на две группы: приборы с записью показаний в прямоугольной системе коор­ динат и приборы с записью по­ казаний в криволинейных ко­ ординатах.

Конец стрелки электромеха­ нического измерительногоатеханизма двигается по дуге. Для того чтобы получить запись в прямоугольной системе коор­ динат, применяют либо так на­

зываемые спрямляющие устройства, либо бумагу, на которой произ­

На рис. 126 схематически показано устройство записывающего механизма с записью в прямоугольной системе координат, в котором бумага расположена по дуге. На рис. 126 обозначены: 1 — бумажная лента; 2 — конусное металлическое перо, подвешенное к концу копьеобразной стрелки 3; 4 — дугообразный стрелкодержатель. Перо узким концом конуса скользит по бумаге и чертит чернилами кривую 5. В конусный резервуар пера с помощью пипетки залива­ ются специальные чернила в количестве, достаточном для непре­ рывной записи в течение 10—150 ч. в зависимости от скорости дви­ жения бумаги. Бумажная лента 1, помещенная в виде рулона на ка­ тушке в верхней части прибора, автоматически протягивается сверху вниз и наматывается с помощью лентопротяжного механизма на

187

валик. В качестве привода для протяжки ленты используется не­ большой однофазный синхронный двигатель. Для движения ленты по ее краям делают отверстия (перфорацию) в, в которые входят штифты движущего валика лентопротяжного механизма.

Скорость перемещения ленты зависит от скорости изменения из­ меряемой величины: чем быстрее изменяется измеряемая величина, тем больше должна быть скорость ленты.

На бумажную ленту наносится типографским путем шкала, горизонтальная ось которой размечается в единицах измеряемой величины, а вертикальная — в единицах времени.

то'-0,1

W3L

120Щ2

Рис. 127. Детали устройства самопишущего прибора с записью

вкриволинейных координатах: я — перо; б — диаграммная бумага

Вцелях использования стандартной бумаги горизонтальная ось часто разбивается на равномерные деления. Отсчет измеряемой вели­ чины в этом случае производится с помощью масштабной линейки, обычно прилагаемой к прибору.

Запись показаний прибора в прямоугольных координатах облег­ чает последующую обработку диаграммы, например, путем планимет­ рирования, а также чтение ее. Однако при записи показаний в пря­ моугольных координатах усложняется конструкция измеритель­ ного механизма, увеличиваются вес его подвижной части и момент инерции последней. По этим причинам советские приборострои­ тельные заводы выпускают самопишущие приборы преимущественно с записью в криволинейных координатах.

цилиндра 2 со впаянным стеклянным капилляром 3. С противоположной стороны капилляра находится противовес 4, с помощью которого создается необходимый

188

(минимальный) нажим пера на бумагу. При движении бумаги перо, находясь в непрерывном соприкосновении с бумагой, чертит на ней линию, отображаю­ щую перемещение стрелки. На диаграммной бумаге нанесена координатная сетка в криволинейных координатах. Поперечные линии координатной сетки имеют отметки времени, соответствующие скорости движения бумаги 60 мм/ч. Измерение величины производится с помощью

бумагой в этих приборах чаще всего составляет один оборот в сутки, и они при­ годны для записи очень медленно изменяющихся величин. Достоинством записи на дисковой диаграмме является ее наглядность и удобство фиксирования конт­ ролируемой величины за сутки или за смену.

Самопишущие приборы с точечной записью. Такие приборы приме­ няются в тех случаях, когда по условиям измерений не представля­ ется возможным использовать измерительный механизм с большим вращающим моментом, а также при необходимости.

записи одним прибором пооче­ редно значений нескольких из­ меряемых величин.

В качестве примера можно указать на измерение темпера­ тур термоэлектрическими пиро­ метрами, в которых из-за малых значений термо-э. д. с. и токов применение измерительного ме­ ханизма с большим вращающим моментом без промежуточного усиления практики невозможно.

Запись в самопишущих при­ борах этого типа производится также на бумажной ленте, которая передвигается и собирается с по­

мощью таких же приспособлений, как и у приборов с непрерывной записью. От последних приборы с точечной записью (рис. 129), отличаются тем что в них отсутствуют перо и чернильница и запись производится непосредственно стрелкой 3, периодически прижимаю-

189