<<
>>

НЕУРАВНОВЕШЕННЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МОСТЫ (рис. 16).

Они похожи на предыдущие. Неуравновешенный мост работает так: при некотором начальном значении Rx с помощью R2 добиваются положения равновесия моста, когда стрелка прибора устанавливается на ноль.

Это единственный случай его равновесия. Далее при изменении Rx равновесие будет нарушаться, ток через диагональ моста Iп, и разбаланс будут отличны от нуля, поэтому о значении Rx в данном случае судят по показаниям прибора, т.е. по разболансу моста. Ток через прибор Iп описывается выражением, где в числителе произведение противоположных плеч входят в разности. А также значение тока зависит от напряжения питания. Итак получаем, что ток зависит от двух величин: Rx, Uпит. Чтоюы исключить неоднозначность неуравновешенные мосты получают питание от стабилизированных источников, собранных на стабилитронах. Как видно, Iп зависит от М, а та зависит от сопротивлений всех резисторов моста, самое главное от Rx, Но в знаменателе Rx входит в величину М в сумме с другими сопротивлениями. Его изменение не сильно сказывается на величине М. Если Rx меняется на 10-15%, то можно считать величину М постоянной. При больших изменениях Rx зависимость тока через диагональ моста от Rx становится нелинейной.

Нормирующие преобразователи сопротивлений (рис. 17).

Эти устройства служат для ввода информации об активном сопротивлении в САР и вычислительные машины. Они строятся на базе неуравновешенных электрических мостов. Данный нормирующий преобразователь по схеме почти идентичен нормирующему преобразователю напряжений. Отличие – в данном устройстве в качестве источника напряжений служит неуравновешенный мост. Разбаланс его Uр посылается на вход преобразователя напряжений. Все характеристики этого преобразователя и его работа идентичны рассмотренному выше преобразователю напряжения.

Электронно-счетный частотомер (рис. 18)

Самый точный формат – частота и время. Ус- усилитель, Ф- формирователь импульсов, Вс – временной селектор, ГИКД – генератор импульсов колерованной деятельности, Сч – счетчик, Д – дешифратор, БУ – блок управления. Принцип действия основан на подсчете числа импульсов за фиксированный отрезок времени. Напряжение, изм5еряемой частоты, поступает в Ус, а после него в Ф. Последний преобразует импульсы любой формы в прямоугольные (а)) и посылает из в Вс. Вс управляется по сигналу ГИКД, он открывает селектор сигнала U2 на время, определяемое длительностью импульсов Tn. При это, из Вс в сч поступает некоторое число импульсов (в)), которое определяется из частотой. Если разделить число импульсов на время (ф.1), то получаем частоту. БУ синхронизирует работу всех элементов частотомера во времени. Класс точности от 10^(-4)-10^(-7).

Аналоговый осциллограф ( рис. 19)

Эл – электронный луч, ГЛИН – генератор линейно-изменяющегося напряжения. В работе аналогового осциллографа используются явления: термоэлектронная эмиссия, катодо-люминисценция и отклонение электронного луча электрическим полем. Основным элементом осциллографа является электронно-лучевая трубка 1, которая представляет собой электровакуумный прибор. В её внутренней полости создан глубокий вакуум, для исключения столкновения электронов с молекулами газов. При нагревании катода 2, которым служит спираль, до температуры 700-800 градусов, из него вылетают электроны (термоэлектронная эмиссия). Из этих электронов с помощью модулятора 3 формируется тонкий электронный луч. Электроны ускоряются под действием поля анода 4. Разность потенциалов между катодом и анодом может составлять до 10кВ. Эл направляется на слой люминофора 8, который нанесен на внутренней поверхности экрана 7.

При ударе электронного луча в люминофор, возникает свечение (рис. Б)), которое можно наблюдать с лицевой стороны экрана. Если на 5 и 6 напряжение отсутствует, то на экране будет точка. Перемещение Эл осуществляется с помощью двух напряжений. Одно напряжение подается к электроду 6 от ГЛИН, это обеспечивает перемещение Эл по горизонтали. Второе напряжение формируется так: исследуемый входной сигнал поступает на входное устройство, которое масштабирует его, затем сигнал поступает на усилитель и на электроды 5, электрическое поле которых обеспечивает перемещение Эл по вертикали. На рис 20а показан вид сигнала на экране в том случае, когда входной сигнал равен нулю. За счет линейно-изменяющегося напряжения, которое нарастает медленно, а уменьшается быстро, Эл перемещается слева направо при нарастании напряжении и справа налево при его убывании. Это напряжение называют напряжением развертки или пилообразным напряжением. За счет инерционности глаза обратный ход луча происходит быстро и не замечается. Если на входе осциллографа имеется синусоидальный сигнал( рис 20б), можно так подобрать Тn, чтобы он был равен периоду синусоидальных колебаний, и тогда на экране можно наблюдать один период синусоиды. Можно сделать так, чтобы на экране помещалось 2 периода (рис 20в). Для получения такой возможности, ГЛИН выполняется с изменяемой частотой. Часть частот переключается дискретно, а точная настройка осуществляется с помощью ручки 10. Аналоговый осциллографы обеспечивают отображение периодических колебаний, с частотой от 20 Гц до 250 МГц, погрешность 3-10%. Для измерений напряжений с такой погрешностью на экране наносится двухкоординатная шкала 9.

Цифровые осциллографы( рис. 21)

МП- микропроцессор, ЦУОИ – цифровое устройство обыкновенной информации, Ком – коммутатор. Аналоговая величина Uвх поступает на входное устройство, затем на Ус, а затем преобразуется с помощью АЦП в код, и он подается в МП.

От УУ поступают сигналы МП и ЦОУИ. Последнее может быть реализовано для разных физических явлений (в миниатюрных разрядных лампах – плазмы, на жидких кристаллах…). В независимости от физического явления, устройство отображения содержит N горизонтальных и m вертикальных шин, в перекрестье которых имеется элемент «и» и управляющие миниатюром преобразователи напряжения в электромагнитные колебания. Через Ком сигнала, поступающих по вертикали, поступает код числа n, несущий информацию о входном напряжении, а через КомМ поступает код числа m, который несет информацию о времени. Когда, например, в один и тот же момент времени на 3 горизонтали и вертикали шины появляется сигнал, срабатывает элемент «И» и зажигается управляемый им преобразователь напряжения - световой поток (получается точка). При подаче изменяющего напряжения получается изображение кривой. Это осциллографы обеспечивают воспроизведение переменных величин от сотых долей герца до 100 МГц, с погрешность 0,1-1%.

Измерение перемещение силы является вторым по важности, после электрических. Сейчас известно много разных принципов и средств измерения перемещения силы, причем чаще всего изменение силы связано с изменением очень маленьких перемещений.

Средства резистивных измерений перемещений (рис. 22)

Принцип действия основан на изменении активного сопротивления под действием перемещения. Здесь можно выделить средства измерений линейных и угловых перемещений. Резистивный преобразователь обычно представляет собой изученный ранее реохорд (см. автоматический потенциометр). Он содержит центральную проволочку 4, на которой намотано манганиновое проволочное сопротивление 3. По этому сопротивлению под действием линейных (рис. А) или угловых (рис. Б) перемещений, передвигается подвижный контакт. Проволочный резистор подключается к стабилизированному источнику питания ИПС (рис. В). При перемещении подвижного контакта, который механически связан с источником линейных перемещений 1 или угловых перемещений 2 к вольтметру 5 поступает только часть общего напряжения питания.

Это устройство электрически представляет собой делитель напряжения и если сопротивление резистора существенно меньше, чем сопротивление вольтметра Rп, то справедлива формула ф.1, где R - сопротивление всего резистора, а r – сопротивление доли. Если принять, что между линейными X или угловым (фи) перемещениями, существует пропорциональная зависимость (ф. 2), где К – коэффициент пропорциональности, то из ф.1 и ф.2 находим, что выходной сигнал резистивного преобразователя перемещений пропорционален линейному Х или угловому перемещению (ф. 3). Как видно, из формулы ф.3 в К входит напряжение питания, отсюда следует, что его обязательно надо стабилизировать. На диапазон преобразуемых линейных перемещений обычно 300 элементов, угловых 270 градусов. Но есть многооборотные резисторы, где диапазон угловых перемещений может составлять и 720 градусов. Приведенная погрешность 0,25 – 1,5%.

Емкостные преобразователи перемещения (рис. 23)

Принцип действия основан на изменении емкости конденсатора под действием перемещений. Емкостной преобразователь перемещений представляет собой переменный конденсатор, у которого одна пластина 1 является неподвижной, а вторая 2 соединена с источником линейных 3 или угловых 4 перемещений. При изменении положения ПК, изменяется емкость конденсатора, значение которой измеряется электрическими устройствами. Из ф.1. следует, что емкость конденсатора может изменяться как за счет площади S пластины (у нас площадь перекрытия пластины), так и за счет изменения расстояния б между пластинами. Для рисунка а и в справедливо изменение площади. Если принять, что площадь пропорциональна линейному перемещению х, с коэффициентом пропорциональности к1. то можно получить выражение 2. из которого следует. Что емкость конденсатора через К1 пропорциональна линейному перемещению х. Все справедливо и для углового перемещения (рис.

В). Если принять, что изменение расстояния б между пластинами пропорционально перемещению х, через к2, то можно получить выражение 3, из которого следует, что в данном случае емкость обратнопропорциональна перемещению. Эти факты определяются графиками г и д, для схемы а и б. Обычно емкость измеряют по емкостному реактивному сопротивлению. f – частота, в герцах. Для этого конденсатор включают в неуравновешенный мост (рис. Е). который питает от источника переменного тока. Этот мост ещё включает, помимо измеряемого конденсатор Сх, постоянный конденсатор Со и 2 постоянных резистора. При изменении реактивного емкостного сопротивления Хс, изменяется разбаланс моста, по которому определяется перемещение. С помощью этих преобразователей обычно измеряют малые перемещении. Помимо мостовых схем в этом случае используют специальные резонансные схемы. Приведенная погрешность преобразователя 0,25 – 1%.

Индуктивные преобразователи перемещения (рис. 24)

Принцип действия основан на изменении индуктивности под действием линейного или углового перемещения. Простейший индуктивный преобразователь содержит магнитопровод 1. на который намотана катушка индуктивности L и подвижный диск 2, который перемещается от ИП 3. Индуктивность такого устройства описывается выражением 1, в котором n – число витков катушки, l – общая длина магнитопровода, включая элементы 1 и 2, б – толщина воздушного зазора, Мм – магнитная проницаемость магнитопровода, S- площадь сечения, Мв – магнитная проницаемость воздушного зазора, Sв – площадь воздушного зазора. Обычно с большой точностью можно считать, что сопротивление магнитопровода Rм пренебрежимо мало по сравнению с сопротивлением воздушного зазора. Из этого следует формула 2, из которой видно, что индуктивность такого преобразователя определяется в основном расстоянием между магнитопроводом и диском 2. если принять, что б пропорционально перемещению, то получаем обратнопропорциональную зависимость, что показана на графике. Обычно значение индуктивности измеряется по значению индуктивного реактивного сопротивления (ф.3) с помощью неуравновешенного моста переменного тока, (см. емкостные преобразователи). Применяются также специальные схемы (рис. Б, в, г). На рисунке б показана схема плунжерного преобразователя, а на рисунке в дифференциального индуктивного преобразователя. Здесь имеется 2 индуктивности, которые подключены к трансформатору Тр. Последний имеет первичную и две вторичные обмотки. Плунжер в отсутствии перемещения находится в равной степени верхней и нижней индуктивности, поэтому между точками а и в ток не протекает. Если сердечник П перемещается вверх, то индуктивность L1 увеличивается, а L2 уменьшается. При этом возникает разность потенциалов между точками а и в, и через резистор R протекает ток, который измеряется вольтметром 4. Он является мерой перемещения. На рисунке г индуктивный преобразователь малых перемещений. Здесь на пластине из диэлектрика 5 размещена катушка индуктивности в виде спирали. Её индуктивность увеличивается, когда к ней приближается ферромагнитный диск 2 под действием источника перемещений 3. Диапазон измеряемых значений перемещений составляет максимум 30мм, а минимум – доли микрометра. Приведенная погрешность 0,25 – 1%.

<< | >>
Источник: Автоматизация производственных процессов. Лекции. Часть 1. 2011

Еще по теме НЕУРАВНОВЕШЕННЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МОСТЫ (рис. 16).: