Oslash;Схемы подключения, основанные на нулевом сравнении

Применяются при необходимости особой точности измерения. При­менение их ограничивается высокой сложностью. Как правило, используются в настроечно-регулировочных подсистемах. Известны два способа уравно­вешивания объекта измерения и эталона – автоматический баланси ком­пенсация. Со схемами, основанными на этих способах, мы и познакомимся ниже.

Схема подключения «Автобалансный мост» приведена на рис. 56 и представляет собой целую автоматическую систему с собственным усили­телем, исполнительным механизмом и обратной связью, хотя ее функция совпадает с функцией датчика – получение, преобразование и передача в сис­тему информации о со­стоянии объекта.

Регистри­рующая часть схемы напо­минает обычный мост со­противлений за одним ис­ключением – сопротивления R3 и R4 объединены в регу­лирующий потенциометр R3R4. При разбалансировке моста (возникает при изме­нении состояния датчика R1) в диагонали 3–4 возни­кает ток IX. Он подается на вход усилителя У. Коэффи­циент усиления по мощно­сти усилителя достаточен, чтобы он на выходе управ­лял вспомогательным сервоэлектродвигателем М (лат. servus – раб, слуга). IY – ток на выходе усилителя. Двигатель М механически связывается с ламелью регулирующего потенциометра R3R4, перемещая его в сторону уменьшения разбалансировки. При наступлении состояния баланса ток IX исчезает, и двигатель М выключается. Измерение автобалансной схе­мой основано на положении о том, что количество энергии, необходимое для приведения системы в устойчивое положение, равно (без учета кпд) количеству энергии, затраченному на выведение системы из этого состоя­ния. О состоянии объекта измерения судят либо по энергии, потребленной двигателем (на рисунке показан ваттметр), либо визуально – по положению ламеля потенциометра R3R4. Точность измерения составляет сотые доли процента от диапазона измерения.

Компенсационная схема подключения. Принцип компенсации заклю­чается в том, что электродвижущая сила, пропорциональная входному сиг­налу на датчике, уравновешивается равной по величине и противоположной по направлению электродвижущей силой источника питания схемы, кото­рый затем и измеряется. В компенсационной схеме используются только датчики генераторного типа. Известны двух- и трехконтурные схемы с руч­ной и автоматической компенсацией. В качестве примера на рис. 57 при­ведена двухконтурная схема с ручной компенсацией и термопарой в каче­стве датчика.

Схема состоит из двух контуров – эталонного и рабочего. Источни­ком тока в эталонном контуре является батарея Е, в рабочем – термопара ТП (она же датчик). Потенциометр R2 эталонного контура служит для его под­настройки в случае изменения электродвижущей силы батареи. Потенцио­метр R1 оттарирован. Контуры обладают общим участком – правой по ри­сунку от ламеля частью потенциометра R1RX. Балансное состояние схемы наступает при равенстве токов IЭ и IР.

Так как эдс контуров направлены про­тивоположно, на общем участке ток отсутствует. В этом месте контуры как бы разорваны и ток не протекает в них обоих. Состоянию ба­ланса соответствует нулевое показа­ние амперметра. Так как IЭ = IР , то для эдс, вырабатываемой термопа­рой

 

, (49)

 

т. е. эдс датчика обратно пропор­ционально сопротивлению RX с вы­сокой точностью, гарантируемой стабильностью IЭ. В состояние ба­ланса схема приводится перемещением ламеля потенциометра R1, отградуи­рованного непосредственно в единицах измеряемого параметра (в данном случае – градусах). Измерение происходит следующим образом: пере­мещением ламеля добиваются нулевого показания амперметра, потом со шкалы потенциометра считывают значение входного сигнала датчика. Из того, что в момент измерения ток в контурах не течет, следует важнейшее свойство компенсационной схемы – в процессе измерения энергия от объ­екта не отбирается, т. е. обратное воздействие датчика на объект равно нулю. Отсюда важное следствие – собственная точность компенсационной схемы абсолютна. Реальная точность зависит только от собственной точно­сти элементов схемы, что составляет, как правило, сотые и тысячные доли процента от диапазона измерения. Компенсационные схемы наиболее слож­ные и наиболее точные из рассмотренных. В трехконтурных схемах добав­лен контрольный контур с высокостабильным источником питания (например, ртутно-кадмиевым гальваническим элементом). Контрольный контур служит для настройки компенсационным способом тока эталонного контура. В схемах с автоматической компенсацией применяется сервопри­вод ламеля, аналогичный таковому в автобалансной схеме (рис. 56). Вместо амперметра в рабочий контур включается входная цепь усилителя.

Несколько особняком в ряду схем подключения датчиков стоят электросиловые преобразователи. Их обособленность объясняется тем, что, во-первых, они специализированы и служат только для измерения уси­лия, во-вторых, у них нет четкой границы между датчиком и схемой под­ключения. Известны два типа электросиловых преобразователей – с силовой и магнитной компенсацией. Оба они измеряют способом компенсации, только в первом случае компенсируются усилия в механической системе преобра­зователя, а во втором – магнитные поля электромагнита.

Электросиловой преобразователь с силовой компенсацией. Схема преобразователя приведена на рис. 58,а. Рабочим элементом, контактирующим непосредственно с объектом, является много­плечий рабочий рычаг 1. Одно из плеч этого рычага через передающий ры­чаг 2 и тягу 3 связано с двуплечим балансным рычагом 4. Остальные плечи свободны и служат для подключения измеряемого усилия P1, P2 или P3. Свободные плечи обладают разной длиной, что позволяет при одном диапазоне выходного сигнала использовать несколько диапазонов входного усилия. Одно из плеч балансного рычага является сердечником дифференциального трансформатора L1 – L2 – L3 – L4 . При ближайшем рас­смотрении этот трансформатор является не чем иным, как дифференциаль­ной схемой подключения датчика с переменной индуктивностью в обоих контурах (см., рис. 55,г), причем датчиком является плечо ба­лансного рычага. Смежный участок a–b контуров дифференциального трансформатора является одновременно входной цепью X встроенного усилителя мощности У. Выходная цепь Y усилителя является одновре­менно цепью питания силового электромагнита YA. Сердечник электромаг­нита присоединен ко второму плечу балансного рычага. Выходным сигна­лом преобразователя является сила тока IY в цепи питания электромагнита (на рис. 58 выход преобразователя представлен амперметром). Работает преобразователь следующим образом. При отсутствии уси­лия на рабочем рычаге левое плечо балансного рычага занимает строго сим­метричное положение между обмотками дифференциального трансформа­тора. Токи в его обоих контурах равны и противоположно направлены, на смежном участке a – b контуров токи взаимно уничтожаются. На входе в усилитель сигнал отсутствует, следовательно, отсутствует и на его выходе. Ток через обмотку электромагнита не протекает, показания амперметра равны нулю, система находится в состоянии нулевого равновесия. При по­явлении на каком-либо из свободных плеч рычага 1 усилия, рычажная система перемещается, сердечник дифференциального трансформатора смещается от центрального положения, на участке a – b появляется ток рас­согласования. Усилитель усиливает этот ток и подает на электромагнит. По­следний развивает выравнивающее усилие PВ, пропорциональное и проти­воположное первоначальному возмущению. Система приходит в состояние силового равновесия, причем ток в цепи питания электромагнита строго пропорционален возмущающему усилию.

 

а б

 

Рис. 58. Электросиловые преобразователи: а – с силовой компенсацией;
б – с магнитной компенсацией: 1 – рабочий рычаг; 2 – передающий рычаг;
3 – тяга; 4 – балансный рычаг; 5 – сердечник; 6 – якорь

 

Электросиловой преобразователь с магнитной компенсацией (рис. 58,б). Преобразователь не имеет механической системы, за счет этого он проще по конструкции и меньше по габаритам. Основой кон­струкции является сердечник 5, на котором намотаны две катушки – входная катушка WВ и катушка обратной связи WОС. Входная катушка играет роль индуктивного датчика перемещения, а катушка обратной связи – силового электромагнита. Якорем (подвижным сердечником) служит постоянный магнит 6.

Входная катушка соединена со входом усилителя мощности У, а катушка обратной связи – с выходом. В состоянии равновесия якорь распо­ложен строго симметрично относительно входной обмотки и сердечника. При воздействии на якорь измеряемого усилия P состояние баланса наруша­ется, в цепи входной катушки и на входе в усилитель появляется ток. Уси­ленный ток подается на катушку обратной связи, которая развивает усилие, равное и противоположное возмущающему. Выходным сигналом, как и в предыдущем случае, служит ток на выходе усилителя.

 

Контрольные вопросы и задания

1. Перечислите способы измерения, сравните сложность их инстру­ментального оснащения и точность.

2. Опишите схемы подключения датчиков, основанные на непосредственном измерении: принцип действия, область применения, достоинства и недостатки, точность измерения.

3. Опишите мостовую схему подключения датчиков: способ измерения, прин­цип действия, область применения, достоинства и недостатки, точность измерения.

4. Опишите дифференциальные схемы подключения датчиков: способ измере­ния, принцип действия, область применения, достоинства и недос­татки, точность измерения.

5. Опишите схему подключения автобалансный мост: способ измерения, принцип действия, область применения, достоинства и недостатки, точность измерения.

6. Опишите компенсационную схему подключения датчиков: способ измере­ния, принцип действия, область применения, достоинства и недос­татки, точность измерения.

7. Опишите электросиловые преобразователи: виды, способ измерения, прин­цип действия.

 








Дата добавления: 2015-01-21; просмотров: 1412; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию, введите в поисковое поле ключевые слова и изучайте нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам понравился данный ресурс вы можете рассказать о нем друзьям. Сделать это можно через соц. кнопки выше.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2019 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.007 сек.