Завдання та порядок виконання роботи

1. Вивчити призначення і принципову схему автоматичного фотометра

МЕФАН-8001.

2. За принциповою схемою побудувати структурну схему.

3. Вивчити технічні характеристики та регламент проведення вимірювань.

4. Провести вимірювання на розчинах цукру.

Контрольні запитання

1. Пояснити принцип дії фотометра.

2. Пояснити структурну схему блоку обчислень фотометра.

3. Дати характеристику основним елементам структурної схеми блоку обчислень.

4. Навести і пояснити структурну схему вимірювального кола фотометра.

5. Навести технічні та функціональні характеристики фотометра.

ЛІтература

1. Туричин А.М., Новицкий П.В., Левшина Е.С. и др. Электрические измерения неэлектрических величин.Л.:Энергия.-1975.

2. Технічний опис до аналітичного медичного фотометра МЕФАН-8001

2.850.009.ТУ.

3. Інструкція до аналітичного медичного фотометра МЕФАН-8001 2.850.009.ИЕ.

4. Формуляр до аналітичного медичного фотометра МЕФАН-8001 2.850.009.ФО.

Вивчення планшетних потенціометрів теоретичні відомості

Потенціометри планшетні двокоординатні призначені для реєстрації в прямокутній системі координат залежності двох функціонально пов’язаних параметрів, кожний з яких є електричною або неелектричною величиною, яка перетворена в напругу постійного струму.

Прилади можуть застосовуватися в різних областях науки і техніки, і найбільш ефективні там, де необхідна швидка розшифровка і оцінка результатів вимірювання в графічній формі.

В основу роботи автоматичних самопишучих потенціометрів покладений компенсаційний метод вимірювань за допомогою автокомпенсаторів.

Автоматичні компенсатори постійного струму використовуються для вимірювання і реєстрації малих постійних е.р.с. і струмів - вихідних величин різних промислових перетворювачів (термопар, рН-метричних електродів), в мас-спектроскопії, в електрохімії, в медицині, для вимірювання радіоактивних випромінювань і т.д.

В залежності від характеристик перетворювачів для автоматичних компенсаторів постійного струму ставляться наступні вимоги:

а) високий вхідний опір для вимірювання е.р.с. джерел з високим внутрішнім опором, наприклад для рН-метрії;

б) висока чутливість для роботи з термопарами, з радіаційними пірометрами;

в) низький вхідний опір для вимірювання малих струмів від джерела з малим внутрішнім опором.

Автоматичні компенсатори постійного струму так само, як і компенсаційні прилади, можна розділити на автокомпенсатори напруги або автоматичні потенціометри, в яких компенсується вимірювана напруга, і автокомпенсатори струму, в яких компенсується вимірюваний струм.

В автокомпенсаторах напруги на вході використовується пристрій порівняння напруг, в яких Е_х, U_к і вхідне коло підсилювача некомпенсації ПН вмикається послідовно.

Компенсуюча напруга U_к в основному є вихідною напругою неврівноваженого мостика.

Вхідна напруга ПН в схемі автокомпенсатора напруги рівна:

(1)

Вхідна напруга ПН U_вх в основному значно більша решти напруг вимірювальної схеми, тому в автоматичному компенсаторі напруг

Висока вхідна напруга в автоматичних компенсаторах досягається за рахунок використання високоомних модуляторів , наприклад, віброперетво-рювача з конденсаторною схемою включення або динамічного конденсатора. Струм вхідного ланцюга ПН:

(2)

Рис. 1. Структурна схема автокомпенсатора напруги

Рис. 2. Структурна схема автокомпенсатора струму.

Коефіцієнт перетворення вихідної частини вимірювального пристрою порівняння напруг рівний:

(3)

При повній компенсації струм в ланцюгу вимірюваної е.р.с. рівний нулю, падіння напруги на внутрішньому опорі R_x і на підводячих провідниках теж рівне нулю. Отже, автокомпенсатором напруги в цьому випадку компенсується і вимірюється е.p.c. Е_х. Якщо І_р=const, то переміщення движка реохорда буде строго пропорційне вимірюваній е.р.с. Е_х.

Під дією компенсуючої напруги, струм в ланцюгу вимірювання у стані, близькому до рівноваги, зменшується, що еквівалентно збільшенню вхідного опору автокомпенсатора. Збільшення вхідного опору автокомпенсатора напруги називають приведеним вхідним опором .

Границі вимірювань автокомпенсатора напруги можна регулювати, змінюючи компенсуючу напругу, наприклад шунтуванням реохорда або за допомогою вхідного дільника напруги. У випадку використання дільника напруги в результат вимірювання вноситься додаткова похибка:

. (4)

В лабораторних автоматичних компенсаторах напруги, враховуючи наявність простих і високоточних джерел взірцевої постійної напруги на кремнієвих стабілітронах, варто використовувати диференціальний метод для підвищення точності вимірювання напруги. До додаткового джерела взірцевої напруги ДВН, вмикається дільник напруги. З виходу дільника знімається стабілізована ступінчато-регулююча компенсуюча напруга U_x. Якщо, наприклад, границя вимірювань компенсована і рівна 10 мВ, тоді доцільно в дільнику передбачити дев’ять знаків компенсуючих напруг від 10 до 90 мВ. В цьому випадку компенсатором можна виміряти різницю U_x=E_x-U_у, завдяки чому при високій точності стабілізації U_у, буде підвищена точність вимірювання E_x=U_у+U_x і розширена межа вимірювання компенсатора.

Розглянемо конкретну побудову та принципи дії приладу ПД П4-002, структурна схема якого зображена нижче:

Рис. 3. Структурна схема планшетного потенціометра ПДП4-002.

1-вхідний дільник напруги; 2-RС-фільтри; 3-реохорд; 4-стабілізоване джерело живлення; 5-блок підсилювача; 6-компенсуючий трансформатор; 7-тахоміст; 8-реверсивний двигун; 9-ротор двигуна; 10-перо; 11-живлення обмотки двигуна.

Вхідний сигнал у вигляді напруги постійного струму U_вх подається на вхідний дільник напруги 1. Потім вимірювана напруга фільтрується RS фільтром 2, і зрівнюється з компенсуючою напругою, яка знімається з реохорда, включеного в мостову вимірювальну схему, живлення якої здійснюється стабілізованим джерелом живлення 4. Різниця вимірюваної і компенсуючої напруги поступає на вхід блоку підсилювача 5.

З виходу підсилювача сигнал подається на компенсуючий трансформатор 6, до вторинної обмотки якого підключений тахомост 7 і керуюча обмотка реверсивного двигуна стежачої системи 8.

Живлення сіткової обмотки двигуна 11 здійснюється від сітки через дільник напруги. При поступанні сигналу на керуючу обмотку двигуна, його ротор 9 починає обертатися. З двигунами реохордів обох координат зв’язаний реєструючий пристрій. Компенсуюче значення напруги для координати Х від 0 до 4 мкВ і для координати Y від 0 до 2,5 мкВ.

Встановлення масштабу відбувається за допомогою блока перемикачів. Можливі два режими: з фіксуючим і варуюючим масштабами. При роботі з варіюючим масштабом вмикають змінний резистор за допомогою кнопки ПЛАВНО. Обертаючи ручку МАСШТАБ, яка зв’язана з двигуном цього резистора, можна на всіх масштабах змінити коефіцієнт поділу вхідного сигналу в 2 рази. Після дільника вхідний сигнал відфільтровується подвійним Г-подібним RS-фільтром, а потім компенсується напругою, що знімається з мостової схеми.

Напруга, що знімається з реохорда, ділиться резисторами до величини компенсуючої напруги 4 мкВ. Різниця між вхідним сигналом і компенсуючою напругою подається на вхід напівпровідникового підсилювача.

З виходу підсилювача сигнал подається на узгоджуючий трансформатор Тр1, до вторинної обмотки якого підключено тахомост ТМ1 і керуюча обмотка реверсивного двигуна М1. Обертання осі за допомогою механізму приводу подається на двигун реохорда і механічно зв’язаний з ним реєструючий пристрій.

З третьої обмотки Тр1 вводиться в підсилювач напруга жорсткого від’ємного зв’язку. Жорсткий і гнучкий зворотні зв’язки збільшують стабільність коефіцієнта підсилення і знижують вихідний опір підсилювача.

Вимірювальне коло координати Х відрізняється від вимірювального кола для координати Y тільки величинами реохорда і резисторів.

В приладі також є допоміжні електричні схеми електростатичного кріплення діаграмного бланку і схема механізму підйому і опускання пера.

БУДОВА І РОБОТА СКЛАДОВИХ ЧАСТИН ПРИЛАДУ

1. Побудова координат Х та Y.

Блоки з елементами вимірювального ланцюга включають в себе резистори мостової схеми, перемикач масштабів, потенціометр плавної регуліровки масштабів, потенціометр зміщення 0 та двійний Г-подібний фільтр. Також є дві клеми для підключення датчика на вхід координати.

2. Джерело стабілізованого живлення – джерело живлення типу ИПС.

3. Блок підсилювачів.

В якості нуль-органа в приладі використовується блок підсилення, який має наступні технічні характеристики:

- поріг чутливості не більше 3 мкВ;

- рівень внутрішніх шумів не більше 4 мкВ;

- вихідний опір 9×10³ Ом;

- вихідна потужність не менше 6,5 Вт.

Блок підсилення складається з вихідного підсилювача та підсилювача напруги.

На вхід блоку підсилення поступає напруга постійного струму. За дпопмогою віброперетворювача здійснюється перетворення цієї напруги в напругу змінного струму з частотою 50 Гц. Напруга змінного струму поступає на первинну обмотку вхідного трансформатора Тр1. З вторинної обмотки трансформатора сигнал поступає на вхід підсилювача напруги.

Підсилювач напруги складається з трьох каскадів. Кожен каскад виконаний на трьох транзисторах, охоплений глибоким від’ємним зворотнім зв’язком як по постійному так і по змінному струму. Змінні резистори служать для регулювання чутливості і зворотнього зв’язку блоку підсилювача. Для отримання на виході блоку підсилювача необхідну потужність, використовується двоконтактний підсилювач потужності, виконаний по схемі з загальним емітером. Зв’язок підсилювача напруги з підсилювачем потужності виконується за допомогою узгоджуючого трансформатора Тр2.

4. Узгоджуючий трансформатор.

Узгоджуючий трансформатор Тр1 виконаний у вигляді окремого блоку і підвищує вихідну напругу підсилювача до величини необхідної для живлення тахомосту і керуючої обмотки двигуна. Підключення ємності до вторинної обмотки трансформатора налагоджує її навантаження в резонанс на частоту 50 Гц. З обмотки трансформатора знімається напруга жорсткого від’ємного зворотнього зв’язку підсилювача.

5. Тахоміст.

Тахоміст складається з резисторів, діодів Д1, Д2 і конденсаторів С1, С2. Одне із плеч тахомоста утворює керуюча обмотка реверсивного двигуна. В одну діагональ тахомоста подається напруга з трансформатора Тр1, а з опору RS, включеного послідовно з діодами Д1, Д2 в другу діагональ тахомосту, знімається напруга частотою 50 Гц, яка пропорційна швидкості обертання ротора двигуна, тобто напруга гнучкого зворотнього зв’язку, яка регулює час заспокоєння системи.

6. Реверсивний двигун.

Для приведення вимірювальної схеми в рівновагу, використовують асинхронний двигун. Двигун має дві одинакові обмотки, одна з яких, обмотка збудження, підключена до мережі 220 В через ємнісний дільник: а друга, керуюча, підключена до тахомоста 1 трансформатора Тр1.

7. Електрична схема приладу підйому і опускання пера.

Схема падйому і опускання пера складається з електромагніта і блока живлення. Блок живлення електромагніту має випрямляч. При підключеному електромагніті конденсатори заряджаються. При вмиканні кнопки В8, конденсатори заряджаються через обмотку електромагніта. Потім, внаслідок падіння частини напруги на резисторі, випрямлена напруга на конденсаторі зменшується до встановленого значення.

8. Реохорди вимірювального ланцюга.

У приладі є дві вимірювальні лінійні реохорди. Реохорда координати Х монтується у стальному корпусі, а координати Y на лінійці.

9. Силовий трансформатор живлення.

Він має ряд обмоток, які дають напругу живлення для блоків підсилювача, джерел стабілізованого живлення, електростатичного кріплення блоку.