7-7. АВТОМАТИЧЕСКИЕ МОСТЫ И КОМПЕНСАТОРЫ

Автоматические мосты.

Мосты с автоматизированным процессом уравновешивания называют автоматическими мостами; они находят широкое применение для измерения и регистрации величин. Автоматические мосты с дополнительным регулирующим устройством применяют для автоматического управления производственными процессами. В настоящее время широко распространены автоматические мосты для измерения, регистрации и регулирования температуры различных объектов. В качестве измерительного преобразователя температуры в этих мостах применяются терморезисторы.

Схема автоматического моста для измерения сопротивления приведена на рис. 7-15. Мост питается от источника Если мост уравновешен, то напряжение между точками б и г равно нулю и ротор двигателя М неподвижен. При изменении измеряемого сопротивления на диагонали моста (между точками б и г) появится напряжение, значение которого зависит от Это напряжение усиливается усилителем У и подается на реверсивный двигатель М, который передвигает подвижный контакт переменного резистора в сторону достижения равновесия моста и одновременно поворачивает указатель, а при записи измеряемой величины — перемещает перо, записывающее на диаграмме ее значение. Ротор двигателя вращается до достижения равновесия моста. Если автоматический мост предназначен для управления, то тем же двигателем приводятся в действие регулирующие устройства.

Приборостроительная промышленность выпускает различные типы автоматических мостов, различающиеся габаритами, числом измеряемых величин и другими характеристиками. Основная приведенная погрешность автоматических мостов время прохождения указателем шкалы 1 —10 с.

Рис. 7-15. Схема автоматического моста для измерения сопротивления постоянному току

Рис. 7-16. Схема автоматического компенсатора постоянного тока

Автоматизация процесса уравновешивания в мостах переменного тока значительно сложнее. Автоматические мосты переменного тока для измерения и регистрации комплексного сопротивления должны иметь два регулирующих элемента (двигателя) которые обеспечивают два условия равновесия моста — по модулю и по фазе. По точности автоматические мосты переменного тока уступают мостам постоянного тока.

Автоматические компенсаторы (потенциометры) постоянного тока.

Компенсаторы, у которых процесс компенсации производится автоматически, называют автоматическими компенсаторами.

Автоматические компенсаторы применяют для измерения электрических и неэлектрических величин, которые могут быть предварительно преобразованы в напряжение постоянного тока.

Находят применение компенсаторы с полным и неполным уравновешиванием.

Схема автоматического компенсатора с полным уравновешиванием приведена на рис. 7-16. Измеряемая уравновешивается напряжением на диагонали моста, образованного резисторами с сопротивлениями Если измеряемая и компенсирующее напряжение не равны, то на вход усилителя У подается их разность Это напряжение усиливается усилителем У и подается на реверсивный двигатель М, ротор которого связан с подвижныгл контактом переменного резистора и указателем отсчетного устройства. Ротор двигателя приходит во вращательное движение, причем направление вращения зависит от знака разности

При вращении ротор перемещает подвижный контакт переменного резистора до наступления равенства Таким образом, положение подвижного контакта резистора и указателя определяется измеряемой величиной

Компенсирующее напряжение зависит от напряжения питания поэтому для этой цели используют стабилизированный источник.

Приборостроительная промышленность выпускает автоматические компенсаторы (потенциометры), различающиеся габаритами, видом записи, погрешностью, временем прохождения указателем всей шкалы и другими характеристиками. Основная приведенная погрешность автоматических компенсаторов находится в пределах время прохождения указателем всей шкалы 1 —10 с.

Для автоматического регулирования и управления производственными процессами в некоторых компенсаторах предусматриваются контакты и регулирующие устройства, которые приводятся в действие ротором реверсивного двигателя.

На рис. 7-17 приведена схема компенсатора с неполным уравновешиванием. Как видно из схемы, компенсатор этого типа представляет собой, по существу, усилитель постоянного тока (УПТ), охваченный отрицательной обратной связью. Для этой схемы справедливы соотношения:

где — чувствительность (коэффициент преобразования) усилителя постоянного тока.

Из уравнений (7-12) следует, что

т. е. между током усилителя и измеряемым напряжением существует пропорциональная зависимость, и по значению тока можно судить об Однако коэффициент пропорциональности зависит от чувствительности усилителя постоянного тока. Нестабильность параметров усилителя приводит к появлению погрешности. Если подобрать значения с и таким образом, чтобы то выражение (7-13) примет вид с.

В этом случае коэффициент преобразования всей цепи определяется только сопротивлением с.

В качестве усилителя постоянного тока применяют гальвано-метрические усилители, которые вследствие высокой чувствительности гальванометра могут иметь высокий коэффициент преобразования.

На рис. 7-18 представлена схема компенсатора, в которой использован гальванометр с фотоэлектрическим преобразователем. На подвижной части гальванометра Г укреплено зеркальце, на которое направляется луч света от лампы накаливания . При повороте подвижной части гальванометра луч света попадает на фотоэлемент Фототок усиливается усилителем У, и ток

Рис. 7-17. Схема автоматического компенсатора с изменяющимся рабочим током

Рис. 7-18. Схема фотогальвано-метрического компенсатора (усилителя)

измеряемый прибором , создает на резисторе с компенсирующее напряжение.

Подобные компенсаторы, или, как их еще часто называют, фотогальванометрические усилители, выпускаются серийно. Потребляемая таким компенсатором мощность от источника измеряемого напряжения ничтожно мала и может составлять примерно при максимальном значении измеряемой величины.

Такие компенсаторы по своим характеристикам значительно превосходят магнитоэлектрические стационарные зеркальные гальванометры: они имеют значительно меньшее время успокоения, позволяют осуществлять запись при помощи самопишущих приборов и могут измерять очень малые постоянные токи.

Автоматические компенсаторы переменного тока.

Автоматические компенсаторы могут быть полярно-координатными и прямоугольно-координатными.

На рис. 7-19 показана схема автоматического полярно-координатного компенсатора. Как видно из схемы, измеряемое

Рис. 7-19. Схема автоматического полярно-координатного компенсатора

Рис. 7-20. Схема автоматического прямоугольно-координатного компенсатора

Рис. 7-21. Векторная диаграмма измерительной цепи прямоугольно-координатного компенсатора

напряжение уравновешивается компенсирующим напряжением

Так как для достижения равновесия компенсирующее напряжение должно быть равно по модулю и противоположно по фазе измеряемому, делитель питается от фазорегулятора ротор которого связан с ротором реверсивного двигателя переменного тока.

Фазочувствительный усилитель реагирует на разность фаз измеряемого и компенсирующего напряжений. При наличии дополнительного к 180° сдвига между векторами и UK ротор двигателя придет во вращение и будет поворачивать ротор фазорегулятора до тех пор, пока вектор UK не окажется точно в противофазе с вектором

Усилитель реагирует на абсолютное значение Ротор двигателя вращается до тех пор, пока не наступит равенства по абсолютному значению напряжений и Отсчет значения производят по шкале делителя напряжения а фазы — по углу поворота ротора фазорегулятора.

Одна из возможных схем автоматического прямоугольно-координатного компенсатора показана на рис. 7-20. Угол фазового сдвига между и равен 90°. Разность между геометрической суммой этих напряжений и измеряемым напряжением подается на усилитель напряжения Усилители мощности и двигатели переменного тока являются фазочувствительными. Введением дополнительных цепей в один из усилителей мощности (например, можно добиться такого положения, что один из двигателей будет приходить в действие от составляющей напряжения а второй — от составляющей напряжения (см. векторную диаграмму рис. 7-21).

Двигатели будут работать до тех пор, пока имеются эти составляющие, т. е. до момента уравновешивания измеряемого напряжения компенсирующим напряжением

Вследствие инерционности двигателей процесс уравновешивания завершается за 3—4 с.

Двухкоординатные автоматические самопишущие приборы (графопостроители).

Рассмотренные автоматические мосты и компенсаторы производят регистрацию измеряемой величины в функции времени. Для этого диаграммная бумага в этих приборах перемещается пропорционально времени приводным механизмом. Выпускаемые в настоящее время двухкоординатные

автоматические самопишущие приборы предназначены для регистрации одной переменной в функции другой, т. е. Измеряемые величины х и у подаются каждая в свою измерительную цепь (мост или компенсатор). Если величина х обусловливает перемещение регистрирующего устройства с помощью одного из приводов по одной оси координат, то величина у обеспечивает перемещение этого регистрирующего устройства по другой оси с помощью другого приводного механизма. Таким образом обеспечивается запись графика функции