Регистрирующие приборы

Конструктивно регистрирующие приборы выполняют по двум схемам:

1) прямого преобразования (самопишущие приборы и светолучевые осциллографы);

2) уравновешивающего преобразования (автоматические самопишущие мосты и потенциометры).

По схеме прямого преобразования строится большинство самопишущих приборов, светолучевые осциллографы и магнитографы.

1. Структурная схема регистрирующего прибора прямого преобразования

Входной сигнал подается на вход измерительной цепи, преобразуется в сигнал, достаточный для приведения в действие измерительного механизма (измерительный механизм может быть магнитоэлектрическим, ферродинамическим). Сигнал в измерительном механизме преобразуется в угловое перемещение подвижной части измерительного механизма, перемещение подвижной части измерительного механизма преобразуется в линейное перемещение.

Магнитоэлектрические ИМ применяют в самопишущих вольтметрах и амперметрах, предназначенных для работы в цепях постоянного тока. Ферродинамические ИМ используют в самопишущих приборах для цепей пе­ременного тока: в вольтметрах, амперметрах, ваттметрах.

В случае регистрации неэлектрических величин в схему необходимо добавить первичный преобразователь ПП, который будет преобразовывать неэлектрическую величину в электрическую.

2. Структурная схема регистрирующего прибора уравновешивающего преобразования

По схеме уравновешивающего преобразования строят более сложные регистрирующие приборы, автоматические мосты и компенсаторы (потенциометры). Эти приборы применяют для измерения и регистрации неэлектрических величин.

В структурную схему входят:

У – усилитель некомпенсации; Д –реверсивный двигатель; Р – редуктор; МП – механическая передача; РУ – регистрирующее устройство; УУ – уравновешивающее устройство; Хос – величина обратной связи.

Входная величина X сравнивается с величиной, которая вырабатывается УУ. Разность между измеряемой величиной X и компенсирующей X_ОС усиливается усилителем У и подается на исполнительный двигатель, который приводит в движение УУ. Выходная величина прибора – это угол поворота двигателя или редуктора.

По динамическим характеристикам делятся:

1) приборы со статической характеристикой

2) приборы с астатической характеристикой

Структурная схема регистрирующего прибора со статической характеристикой:

ОП – обратный преобразователь;

СП – самопишущий прибор.

В статических уравновешивающих приборах при постоянном входном воздействии разность между измеряемой величиной X и величиной обратной связи X_ОС стремится к конечному значению, которое зависит только от значения измеряемой величины. В таких приборах происходит не полное, а лишь частичное уравновешивание.

Степень некомпенсации измеряемой величины величиной ОС называется статизмом:

где β – коэффициент обратного преобразования

K – коэффициент прямого преобразования

Выходной величиной замкнутой части прибора является напряжение или ток.

Приборы по сравнению с приборами прямого преобразования обладают высокой точностью.

Структурная схема регистрирующего прибора с астатической характеристикой:

В регистрирующих приборах с астатической характеристикой при постоянном входном воздействии разность между измеряемой величиной X и величиной обратной связи X_ОС стремится к 0 (ΔX→0) вне зависимости от измеряемой величины.. К ним относят потенциометры для измерения напряжения в цепях постоянного тока и для измерения температуры (КСП), а так же уравновешенные мосты для измерения температуры (КСМ); миллиамперметры и милливольтметры (КСУ).

Самопишущие приборы

Самопишущие – приборы, которые осуществляют запись показаний в форме диаграмм на матер. носителе. Зависимость, подлежащая регистрации, представляют в виде графика, который хар-зует изменение регистрируемого параметра во времени.

В зависимости от структурной схемы делятся на две группы:

1) приборы прямого преобразования

2) приборы уравновешивающего преобразования

В самопишущих приборах прямого преобразования применяют электромеханические ИМ, оснащенные устройствами регистрации показаний в форме диаграммы.

В зависимости от частоты изменения регистрирующего сигнала различают:

1. приборы для регистрации медленно меняющихся сигналов (ИМ магнитоэлектрический или ферродинамический)

2. быстродействующие приборы (магнитоэлектрич. ИМ с двумя магнитами внешним и внутренним) для регистрации быстро изменяющихся электрич. сигналов

Недостаток:

- появление зоны нечувствительности. Это объясняется трением в кинематических передачах и зазорах.

- трение м/у матер. носителем и регистрирующим органом, что так же приводит к снижению чувствительности

Светолучевой осциллограф

Светолучевой осциллограф относится к регистрирующим приборам прямого преобразования. Регистрация световым лучом на светочувствительной бумаге. Их называют э/механическими или шлейфовыми.

Принцип действия аналогичен принципу действия магнитоэлектрических: основан на взаимодействии поля постоянного магнита с полем рамки, по обмотке которой протекает измеряемый ток. В результате этого взаимодействия возникает вращающий момент:

B – магнитная индукция в воздушном зазоре; S – площадь рамки; I – ток в рамке; w - число витков обмотки рамки.

Достоинства:

- широкий частотный диапазон регистрируемых параметров;

- возможность одновременной регистрации большого количества сигналов;

- безинерционность регистрирующего органа (световой луч);

- отсутствие механического контакта между регистрирующим органом и материальным носителем;

- хорошее качество следа, оставляемого на материальном носителе.

Недостатки: необходимость дополнительной обработки материального носителя для получения видимых изображений. Недостаток можно исключить, если использовать вместо светолучевой лампы ртутную лампу, а вместо светочувствительной бумаги – бумагу типа УФ (ультрафиолетовую).

Основные узлы светолучевого осциллографа:

- Магнитный блок с гальванометрами-вставками

- Оптическая система

- Развертывающее устройство

- Отметчик времени

1) Магнитный блок – постоянный магнит, размещенный в замкнутой магнитной цепи. В магнитопроводе имеются гнезда для гальванометров-вставок.

Магнитный блок с гальванометрами-вставками состоит: растяжка, зеркало, рамка, магнитная система, пружина.

Гальванометр-вставка – подвижная часть ИМ магнитоэлектрической системы (рамка, закрепленная на растяжках), которая заключена в металлический немагнитный кожух с полюсными наконечниками из магнитомягкого материала. Гальванометр-вставка имеет магнитоиндукционный успокоитель.

Гальванометр-вставка состоит: крышка, линзы, рамки, полюсные наконечники, корпус, миниатюрное зеркало, закрепленное на одной из растяжек.

Выбор гальванометра из набора вначале по частотным свойствам, потом по чувствительности и значению регистрируемого параметра.

Светолучевые осциллографы снабжены устройствами для протяжки материального носителя со скоростью 10 мм/с. Толщина следа 0,3 мм.

2) Оптическое устройство служит для передачи колебательного движения подвижной части гальванометра-вставки, записи регистрируемого параметра на матер. носителе и в некоторых случаях визуального наблюдения за процессом.

Состоит: осветительная лампа, зеркало, зеркальный барабан, матовый экран

Луч света от осветительной лампы Л, проходя через система линз и призм попадает на миниатюрное зеркало З, закрепленное на растяжке подвижной части осциллографического гальванометра. Отразившись от зеркала световой луч через систему линз и призм попадает на материальный носитель. Для развертки регистрируемого сигнала во времени материальный носитель протягивают с постоянной скоростью с помощью специального лентопротяжного механизма. В некоторых конструкциях светолучевых осциллографов предусмотрен специальный матовый экран для визуального наблюдения за процессом регистрации. В этом случае часть света, отразившегося от зеркала, через систему линз и призм попадает на зеркальную поверхность барабана, который вращается с постоянной скоростью. Отраженный от граней зеркального барабана луч света попадает на матовый экран.

3) Для установления масштаба по оси времени светолучевые осциллографы снабжены отметчиками времени. Отметчик времени – электромеханическое устройство, которое световым лучом наносит на материальном носителе вертикальные линии через определенные промежутки времени.

α - соответствующее отклонение луча на материальном носителе

S_I - чувствительность гальванометра по току

l - расстояние от зеркала до материального носителя:.

Способ регистрации - изменение физико-химического состояния слоя материального носителя.

Магнитографы

Магнитографы – регистрирующие приборы с магнитным способом регистрации (изменение физико-химического состояния слоя материального носителя).

Состоит: магнитная лента, две катушки, воспроизводящая головка, записывающая головка, стирающая головка

Материальный носитель - магнитная лента. В процессе регистрации магнитная лента перематывается с катушки на катушку, при этом лента проходит вблизи 3-х магнитных головок: стирающей, записы­вающейи воспроизводящей. Регистрируемый ток пропуска­ется по обмотке записывающей головки, которая имеет магнитопровод из материала с высокой магнитной проницаемостью. Узкий воздушный зазор магнитопровода обеспечивает острую фокусировку магнит­ного луча на пов-ть магнитной ленты.

Прин­цип магнитной регистрации заключается в намагничивании в разной степени, в зависимости от силы тока, движущейся магнитной ленты, которая предварительно должна быть размагничена стирающей головкой. Стирание записи (размагничивание ленты) производится путем пропускания тока высокой частоты через стирающую головку.

Воспроизведение магнитной записи заключается в преобразовании магнитного поля ленты в ЭДС, которая наводится в обмотке воспроизводящей головки.

Преимущества:

- возможность многократного использования материального носителя (магнитной ленты)

- для воспроизведения информации не требуется до­полнительная обработка материального носителя

- возможность обработки результатов измерения с помощью ЭВМ

- отсутствие механич. трения в процессе регистрации

Недостатки:

- отсутствие устройства для визуального наблюдения за процессом регистрации

- невозможность регистрации токов низкой частоты

- невозможность регистрации сигналов на пост. токе

- подвержены влиянию внешнего магнитного поля

- материальный носитель дорог

Дата добавления: 2015-12-08