44. Вторичные приборы

Назначение и общая характеристика вторичных приборов

Вторичный измерительный прибор – это элемент измерительной информационной системы, который показывает или регистрирует значения измеряемых величин. Существуют модификации: одноканальные, показывающие или регистрирующие; многоканальные, одновременно показывающие и регистрирующие значения нескольких величин; многоточечные, автоматически поочерёдно показывающие и регистрирующие значения нескольких однородных измеряемых величин; суммирующие значения нескольких измеряемых величин; интегрирующие, дающие интегральное (суммарное) значение измеряемой величины за некоторый промежуток времени; сигнализирующие, с устройством световой или звуковой сигнализации, срабатывающей при выходе значения измеряемой величины за установленные пределы; регулирующие, вырабатывающие сигнал управления.

Всё большее распространение получают вторичные приборы со встроенными измерительными преобразователями. Это облегчает объединение измерительной системы, например, с устройствами автоматического регулирования или с ЭВМ.

Требования к техническим характеристикам и конструкциям вторичных измерительных приборов аналогичны требованиям, предъявляемым к измерительным показывающим и регистрирующим приборам. Для них отдельно указываются основные погрешности показания, регистрации, интегрирования, а при наличии встроенного преобразователя - основную погрешность преобразования и другие характеристики точности.

Вторичные приборы электрические

Вторичные приборы показывающие и самопишущие предназначены для контроля и регулирования температуры, давления, расхода, уровня и других технологических величин. Они работают с соответствующими измерительными преобразователями. Кроме того, изготавливаются электрические вторичные приборы, на вход которых подается унифицированный аналоговый входной сигнал (0-5, 0-20, 4-20 мА, 0-10 В и др.). Эти приборы могут работать в комплекте с любыми измерительными преобразователями, на выходе которых имеются унифицированные электрические сигналы.

Милливольтметры и логометры

Милливольтметры и логометры представляют собой приборы магнитоэлектрической системы, предназначенные для показаний и регулирования температуры и других неэлектрических величин, преобразуемых с помощью датчиков в функционально изменяющееся напряжение постоянного тока или изменение активного сопротивления. Милливольтметры и логометры изготавливаются в соответствии с ГОСТ 9736-68.

Принципиальная схема милливольтметров – на рисунке 6.

Рисунок – 6. Принципиальная электрическая схема милливольтметра в комплекте с термоэлектрическим термометром:

мВ – милливольтметр; Т – термоэлектрический термометр; a – компенсационный провод; b – медный провод

В результате взаимодействия поля постоянного магнита с электрическим током в рамке r, последняя поворачивается на угол, пропорциональный т. э. д. с. Противодействующий момент создается двумя спиральными пружинками. Для компенсации влияния окружающей температуры на показания милливольтметра служит термокомпенсатор, представляющий собой термосопротивление Rт, имеющее отрицательный температурный коэффициент, зашунтированное манганиновой катушкой Rш. Добавочное сопротивление Rд служит для подгонки прибора на заданный предел.

Принципиальная электрическая схема соединения логометра – на рисунке 7.

Рисунок – 7. Принципиальная электрическая схема логометра в комплекте с термометрами сопротивления:

1 – логометр; 2 – колодка прибора; 3 – переключатель; 4 – панель приборного щита; 5 – термометр сопротивления (а- вариант двухпроводной схемы, б -трехпроводной)

Изменение сопротивления термометра приводит к изменению сопротивления одного плеча моста R1, R2, R3, R6, и, следовательно, к изменению тока в рамках r1, r2, вследствие чего стрелка займет новое положение равновесия. Сопротивления R4 и R5 предназначены для температурной компенсации и изменения угла отклонения стрелки; сопротивление Rк позволяет осуществлять контроль правильности показаний логометра.

Автоматические потенциометры, уравновешенные мосты, миллиамперметры и вольтметры

Автоматические потенциометры и уравновешенные мосты предназначены для измерения, записи и регулирования температуры или других неэлектрических величин, преобразуемых с помощью датчиков в напряжение постоянного тока или изменение активного сопротивления.

Миллиамперметры и вольтметры предназначены для измерения, записи и регулирования величин, которые могут быть преобразованы в стандартные сигналы постоянного тока или напряжения, с пульсацией переменной составляющей, не превышающей 1% от максимального значения предела измерения.

Функциональная схема одноточечного показывающего потенциометра изображена на рисунке 8 (а).

Измерение производится компенсационным методом. Измеряемая э. д. с. термопары 1 сравнивается с напряжением в диагонали АВ мостовой схемы R1– R4. В диагональ CD включен источник стабилизированного питания постоянным током 3 (типа ИПС). При работе потенциометра разность э. д. с. термопары и напряжения, снимаемого с диагонали АВ мостовой схемы, подается на вход электронного усилителя 4. Если измеряемая э. д. с. равна этому напряжению, то к усилителю подводится нулевой сигнал, вся система находится в равновесии. При изменении э. д. с. равновесие системы нарушается и на вход усилителя подается напряжение разбаланса. Последнее преобразуется вибропреобразователем в переменное напряжение, усиливается и приводит в действие реверсивный двигатель 5, который перемещает ползунок реохорда 2 до момента, когда разность э. д. с. и напряжения станет ниже порога чувствительности усилителя. С двигателем также связан стрелка 6, перемещающаяся относительно шкалы.

Рисунок 8 – Функциональные схемы одноточечных показывающих приборов: а – автоматический потенциометр; б – уравновешенный мост

Уравновешенный мост (рисунок 8 (б)) работает по принципу уравновешивания мостовой схемы. Изменение сопротивления термометра 1 нарушает равновесие моста. Напряжение разбаланса усиливается усилителем 2 до величины, достаточной для приведения в действие реверсивного двигателя 3, который, перемещая ползунок реохорда 5, обеспечивает равновесие мостовой схемы. С двигателем 3 связана показывающая стрелка 4. Измерительная схема моста питается от усилителя напряжение 6,3 В.

Самопишущие приборы отличаются от показывающих наличием устройства автоматической записи. Запись производится на дисковой или ленточной диаграмме, приводимой в движение синхронным двигателем. В одноточечном приборе запись производится пером, кинематически связанным с реверсивным двигателем потенциометра, в многоточечном приборе – печатающей кареткой, циклически проставляющей точки и стоящие рядом с ними цифры, соответствующие номеру датчика. Запись многоцветная.

Приборы с искробезопасной измерительной схемой предназначены для работы с серийно выпускаемыми датчиками, которые могут быть установлены в помещениях всех классов, содержащих взрывоопасные концентрации смеси 1, 2, 3 и 4 категорий групп Т1, Т2, Т3, Т4 и Т5. Сами приборы устанавливаются во взрывобезопасных помещениях.

Вторичные приборы питаются переменным током напряжением 220 В, 50 Гц. Не допускается совместная прокладка в одном жгуте или трубе силовой линии и измерительной цепи. Вторичные приборы изготовляются в корпусе, приспособленном для настенного или щитового монтажа. Конструктивно каждый типоразмер прибора состоит из ряда унифицированных блоков и модулей, настраиваемых отдельно от прибора, что облегчает ремонт и обслуживание в эксплуатации.

Для дистанционной передачи показаний приборы оснащены реостатным выходным устройством, движок которого связан с ползунком измерительного реохорда. Вторичные приборы, предназначенные для работы с электрическими П-, ПИ-, ПИД- регуляторами, выпускаются с реостатными задатчиками (10% и 100%).

Установка задания общая для всей модификации. Механизм установки задания воздействует на ползунок второго переменного сопротивления, включенного параллельно намотке задатчика, так что при соответствии значения регулируемого параметра значению задания сигнал рассогласования равен нулю. При изменении параметра или задания сигнал рассогласования, пропорциональный величине рассогласования, поступает на вход электрического регулятора; 10 и 100%-ные задатчики рассчитаны на питание напряжением не более 10В переменного или постоянного тока.

Приборы с дифференциально-трансформаторной измерительной схемой

Вторичные приборы с дифференциально-трансформаторной измерительной схемой предназначены для измерения и регулирования (при наличии регулирующего устройства) давления, расхода, уровня и других величин, которые могут быть преобразованы в комплексную взаимную индуктивность. Приборы работают в комплекте с датчиками, имеющими специальную трансформаторную индукционную катушку с подвижным сердечником.

Схема дистанционной передачи посредством дифференциально-трансформаторного передающего преобразователя – на рисунке 9.

Рисунок – 9. Схема дистанционной передачи посредством дифференциально-трансформаторного передающего преобразователя

Передающий дифференциально-трансформаторный преобразователь, встраиваемый в первичный прибор 1, имеет индукционную катушку, состоящую из первичной 1 и вторичной 3 обмоток, каждая из которых состоит из двух секций, соединенных последовательно. Индукционная катушка надета на разделительную трубку, внутри находится плунжер 2 из ферромагнитного материала. При подключении первичной обмотки к сети переменного тока в секциях вторичной обмотки индуцируется э. д. с. Секции соединены так, что э. д. с. находятся в противофазе, и результирующее напряжение снятое со вторичной обмотки равно разности этих э. д. с. При симметричном расположении плунжера относительно секции вторичной обмотки напряжение на ее клеммах равно нулю. Перемещение плунжера приводит к тому, что э. д. с. секции, в которую входит плунжер, увеличивается, а э. д. с. секции, из которой выходит плунжер, уменьшается. На зажимах вторичной обмотки появляется напряжение, пропорциональное перемещению плунжера.

Передающий преобразователь соединяется с идентичным (компенсирующим) преобразователем вторичного прибора II таким образом, что первичные обмотки соединяются последовательно, а напряжения, снимаемые со вторичных обмоток, находятся в противофазе. Результирующее напряжение, поданное на вход усилителя 4 будет равно разности напряжений, снятых со вторичных обмоток передающего и компенсирующего преобразователей. Если плунжеры обоих преобразователей находятся в одинаковых положениях относительно секций вторичных обмоток, напряжение на входе усилителя равно нулю. При изменении контролируемого параметра напряжения, индуктируемые во вторичных обмотках катушек первичного и вторичного приборов, не будут равны между собой, и на вход усилителя будет подаваться напряжение, зависящее по величине и фазе от величины и направления перемещения плунжера первичного прибора.

Переменное напряжение ∆U, усиленное полупроводниковым усилителем 4, приводит во вращение реверсивный двигатель 5, который через редуктор 6 перемещает стрелку 8 вторичного прибора, а с помощью кулачка 7 – плунжер 9 компенсирующего преобразователя. Направление вращения двигателя зависит от фазы напряжения, поданного на вход усилителя. Перемещение плунжера будет продолжаться до тех пор, пока напряжение на входе усилителя не будет равным нулю.

Частотно-ферродинамические вторичные приборы

Частотно-ферродинамические вторичные приборы входят в состав ферро-динамической системы приборов, используя ферродинамические преобразователи. Вторичные приборы подразделяются на приборы с аналоговым и цифровым отсчетом. Конструктивная база каждой группы является единой. Класс точности вторичных приборов по показаниям 0,6, по записи 1. Шкалы равномерные. Питание выходных ферродинамических преобразователей осуществляется от комплектных приборов; питание частотного преобразователя от встроенного во вторичный прибор трансформатора.

Помимо перечисленных существуют аналоговые, сигнализирующие контактные приборы, которые подразделяются на: узкопрофильные, блоки сигнализации и регулирования, приборы теплового контроля, многоканальные приборы и многошкальные.