Главная Измерительная установка - комплекс средств измерений



10-100 в

0,1-П

;f1D-lODMB

10 мВ 0,1В IB 10 в

100кВ и„„ IB

100В

Рис. 2.71. Графики нелинейной зависимости измеряемой величины от соотношения интервалов 1/(1 + t2)

соответствует точке А на рис. 2.71, первой точке перегиба. Регистр сдвига через дешифратор ДШу и делитель Д изменяет частоту импульсов на входе счетчика Сч, т. е. изменяет наклон характеристики на участке АБ (рис. 2.71). Регистр сдвига изменяет также и состояние кода на выходе дешифратора ДШг- Поэтому по мере дальнейшего заполнения счетчика наступает новое равенство кодов и схема сравнения кодов ССКу выдает второй импульс на регистр сдвига (точка Б). Регистр переходит во второе состояние, и опять изменяется частота импульсов, поступающих в счетчик Сч, определяя наклон участка БВ.

Процесс повторяется за цикл столько раз, сколько отрезков имеет кривая агшрок-симации.

Код с вьгхода счетчика Сч поступает также на схему сравнения кодов ССК2. Там этот код сравнивается с кодом, выбираемым вручную с помощью схемы задания СЗ. Значение заданного кода в десятичной форме индицируется цифровым табло ЦТ. Ъ точке В (рис. 2.71) код счетчика Сч становится равным заданному от СЗ (по старшим разрядам), и схема сравнения кодов ССК через схему управления СУ переводит переключатель в положение 2, устанавливая промежуток t[.

После заполнения счетчика 1100 импульсами снова вырабатывается импульс установки нуля, и цикл повторяется. Так происходит отработка старших разрядов показания на цифровом табло ЦТ.

Число декад счетчика Сч не соответ-

ствует числу декад схемы задания СЗ, и схема сравнения ССК определяет равенство кодов только четырех декад счетчика (I, II, III, IV, где IV декада имеет один только двоичный разряд) и четырех старших декад заданного кода от СЗ.

Младший разряд показания на табло вырабатьшается следующим образом. После достижения момента t, счетчик продолжает считать импульсы, поступающие на его вход. В момент t = tl + t2 происходит переполнение второй декады счетчика Сч и через схему управления СУ переключатель Hj перебрасывается в положение 1 (ключ П, остается в положении 2). В момент, когда код II декады счетчика Сч становится равным коду млашпего разряда схемы задания СЗ, переключатель II2 переключается в положение 2, определяя длительность промежутка времени tj.

При этом, очевидно, необходимо в 100 раз уменьшить влияние на выходное напряжение иых- Поэтому должно быть вьшолнено условие R2 = 100R,.

В приборах сравнения используются также компараторы, сравнивающие механическое воздействие, создаваемое измеряемой величиной переменного тока, с воздействием постоянного тока, измерение которого можно осуществлять с высокой точностью. В электромеханических компараторах сравниваются электромеханические моменты, вызываемые изменением электромагнитной энергии постоянного и переменного токов, с использованием для создания указанных компараторов моментов измерительньгх механизмов электростатической системы.

Электромеханические компараторы осуществляются как компараторы разновременного и одновременного сравнения. Электромеханические компараторы разновременного сравнения - это по существу обыкновенные одноэлементные приборы, перед каждым измерением на переменном токе градуируемые на постоянном токе. В качестве компараторов разновременного сравнения могут применяться приборы электростатической системы.

Общим недостатком компараторов разновременного сравнения является влияние остаточных деформаций растяжек или подвесов на результат измерения.

Более совершенным является метод одновременного сравнения, при котором преобразователь реагирует одновременно на измеряемую величину на переменном токе и эквивалентное ее значение на постоянном токе. Положение равновесия подвижной части преобразователя при любом конструк-



тивном исполнении и любой системе уравновешивания определяется равенством нулю суммы моментов, действующих на подвижную часть.

Вращающий и противодействующий моменты должны быть равны (М, = М2) и направлены навстречу друг другу. Регулировкой постоянного тока достигают равенства этих моментов. Измеряемый в момент компенсации постоянный ток является мерой измеряемого переменного тока.

Наиболее простым способом реализации метода одновременного сравнения является использование электростатического измерительного механизма - квадрантного электрометра, позволяющего непосредственно сравнивать переменное напряжение с постоянным (рис. 2.72, а). Между одной парой квадрантов и подвижным электродом подается измеряемое напряжение переменного тока Ui, а между второй парой квадрантов и подвижным электродом - напряжение постоянного тока по значению которого судят о значении измеряемого напряжения переменного тока. В момент равенства напряжений указатель электрометра находится на нулевой отметке шкалы.

Для построения измерительных устройств высокой точности применяются двухэлементные измерительные механизмы (рис. 2.72,6), при этом возможен ряд сочетаний измерительных механизмов. Электростатические измерительные механизмы могут использоваться совместно с любой другой измерительной системой. Практическую реализацию нашли сочетания электростатического и магнитоэлектрического механизмов или двух электростатических механизмов.

Особенно перспективным является построение односистемных преобразователей компараторов, состоящих из измерительных механизмов одной системы. Их преимущества перед разносистемными измерительны-


оа,о-

«-оиго

Рис. 2.72. Схема включения компараторов моментов одновременного сравнения на основе квадрантного электрометра (а) и двухэлементных измерительных механизмов (6)

ми механизмами компараторов состоят в возможности получения одинаковой чувствительности у элементов, системы защиты от влияния внешних факторов, влияния температуры и т. д.

Наиболее целесообразным вариантом построения измерительного механизма преобразователя компаратора является двухэлементная система, состоящая из двух одинаковых механизмов, так как это значительно упрощает выравнивание характеристик компаратора. Каждый электрометрический механизм системы имеет три вывода: от подвижного электрода и от изолированных друг от друга неподвижных электродов. При измерении напряжения электрометр включается по схеме, приведенной на рис. 272,6.

В установке У729 основным узлом является двухэлементный электростатический преобразователь. Прибор работает-в режиме одновременного сравнения с периодической калибровкой. На один элемент измерительного механизма подается измеряемое напряжение и, а на второй - компенсирующее. Под действием разности моментов, создаваемых измеряемым и компенсирующим напряжениями, подвижная часть измерительного преобразователя поворачивается. Угол поворота преобразуется фотоэлектрическим преобразователем в пропорциональное постоянное напряжение. Это напряжение подается на второй элемент измерительного механизма и вырабатывает механический момент, автоматически уравновешивающий механический момент, создаваемый измеряемым напряжением и. При равенстве моментов равны вызвавшие их напряжения.

В компенсаторах переменного тока могут применяться термоэлектрические компараторы. Термоэлектрические компараторы характеризуются широкой независимостью показаний от частоты и способностью измерять при стационарных процессах среднеква-дратические значения токов и напряжений независимо от формы кривой измеряемых сигналов.

Компараторы одновременного сравнения на электротепловых преобразователях содержат масштабный преобразователь, компаратор одновременного сравнения, состоящий из термоэлектрических преобразователей типа ТВБ-4 и усилителя постоянного тока с МДМ-преобразователем, и магнитоэлектрический механизм.

Упрощенная функциональная схема автоматического компаратора одновременного сравнения с нерегулируемым образцовым напряжением приведена на рис. 2.73. Изме-




Рис. 2.73. Функциональная схема автоматического компаратора одновременного сравнения на основе термопреобразователей

ряемое напряжение усиливается усилителем У, и управляет ЭДС термопреобразователя r/Ii, ЭДС термопреобразователя ГП, фавнивается с ЭДС термопреобразователя ТП, который питается от источника стабильного постоянного напряжения Uon- Разность термо-ЭДС термопреобразователей усиливается УПТ У. и управляет реверсивным счетчиком PC. Реверсивный счетчик, в свою очередь, управляет металлопле-ночным резистором в цепи ООС усилителя У, таким образом, что показания счетчика пропорциональны проводимости 1/1?2-Показания счетчика фиксируются цифровым отсчетным устройством ЦОУ. При достаточно большом коэффициенте усиления усилителей выходное напряжение и, усилителя У поддерживается практически постоянным, близким к Uon- В то же время и, = {RJRUy,. Отсюда «x = (l?,/R2)"i> т. е. показания счетчика будут пропорциональны измеряемому напряжению «х-

Приборы, основанные на таком принципе, имеют достаточно высокую точность измерения (0,05%), широкий частотный (от 20 Гц до 700 кГц) и динамический (от 1 мВ до И 00 В) диапазоны измерений.

Структурная схема приборов, основанных на принципе разновременного сравнения, приведена на рис. 2.74. Во время первого такта (переключатели и Ц. находятся в положении /) источник опорного напряжения ИОН соединяется через масштабный и измерительный преобразователи (МП

Рис. 2.74. Структурная схема автоматического компаратора разновременного сравнения

и ИП) с конденсатором памяти С. Во время второго такта (переключатели и П2 находятся в положении 2) измеряемое напряжение «x подключается через масштабный и измерительный преобразователи к одному из входов дифференциального усилителя О У. Конденсатор С подключается при этом ко второму входу усилителя ОУ. При неравенстве опорного и измеряемого напряжений на выходе дифференциального усилителя появляется сигнал рассогласования, который через блок автоматики БА воздействует на масштабный преобразователь. Изменением коэффициента преобразования МП производится уравновешивание обоих напряжений. По окончании уравновешивания набранный в МП код в цифровом отсчетном устройстве ЦОУ преобразуется в цифровую величину.

Повышение метрологических характеристик электротепловых преобразователей ограничивается неидентичностью и недостаточной стабильностью временных и температурных характеристик этих преобразователей, а также трудностью выполнения прецизионных входных устройств усилителей и делителей в широкой полосе частот.

От этих недостатков свободны приборы, основанные на принципе формирования опорного напряжения. Сущность принципа заключается в следующем (рис. 2.75). Измерение производится в два этапа. На первом этапе измеряемое напряжение подается на устройство формирования опорного напряжения ФОН, состоящее из широкополосного усилителя с дополнительным регулирующим входом, компаратора среднеквадратического значения и цепи обратной связи. Функция устройства ФОН состоит в том, чтобы при любом значении входного напряжения Ux(t) на выходе обеспечивалось переменное напряжение «оп~, равное по среднеквадратическо-му значению опорному Uon- По окончании формирования опорного напряжения устанавливается однозначное соответствие между среднеквадратическим значением измеряемого напряжения Ux и коэффициентом передачи fcn широкополосного усилителя устройства . ФОН: Ux = «опАп- Величина к„ фиксируется с помощью запоминающего устройства ЗУ, при этом источник измеряемого напряжения отключается от входа устройства ФОН.

На втором такте определяется 1/fcn с помощью компенсационной цепи, включающей в себя усилитель устройства ФОН, дискретный масштабный преобразователь МП, устройство фавнения УС и устройство уравновешивания УУ. Для этого в компенсационную цепь вводится вспомогательное импульсное образцовое напряжение, имеющее



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 [32] 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168


0.0107