книги из ГПНТБ / Беленький, Я. Е. Многоточечные бесконтактные сигнализаторы температуры
.pdfЭта задача решена путем применения для питания из мерительных схем отдельного трансформатора. Транс форматор (рис. 6-6) собран на сердечнике стержневого типа. Первичная и вторичная обмотки намотаны на от дельных катушках и размещены на противоположных стержнях сердечника, благодаря чему емкость между ними практически равна нулю и не влияет на работу измерительной схемы. Это позволяет сохранить высокую точность прибора при работе от сети с повышенной ча стотой напряжения питания. Коммутатор, состоящий из -ключевых ячеек К Я и двух распределителей РЗ н РТ,
аналогичен коммутатору прибора, показанному на рис. 6-2.
Изменения в схеме общеканальных элементов сво дятся к введению фазовой отсечки в фазочувствительном каскаде, используемом при сигнализации температуры, п к добавлению еще одного фазочувствительного каска да, подключаемого к выходу усилителя напряжения при работе прибора в режиме измерения.
Для создания отсечки последовательно с транзисто ром Т{ в фазочувствительном каскаде усилителя включен
|
|
кремниевый |
стабилитрон |
Д с. |
||
|
|
При отношении порогового на |
||||
|
|
пряжения к опорному а = 0,3 и |
||||
|
|
введение |
угла отсечки ф = 40° |
|||
|
|
((3 = 0,6) |
позволяет в соответ |
|||
|
|
ствии с графиком рис. 4-7 уве |
||||
|
|
личить скорость переключения |
||||
|
|
каналов в 3 раза по сравнению |
||||
|
|
с прибором, изображенным на |
||||
|
|
рис. 6-2. Однако для обеспече |
||||
|
|
ния надежной работы прибора |
||||
|
|
принят двукратный запас и пе |
||||
Рис. |
6-7. Принципиальная |
реключение |
каналов |
осуще |
||
ствляется |
с |
частотой |
1,5— |
|||
схема |
выходного каскада |
2 гц. |
|
|
|
|
измерительного устройства. |
|
|
фазочув |
|||
|
|
Дополнительный |
||||
|
|
ствительный |
каскад |
Т2, |
ра |
|
ботающий во время измерения так же, как и основной, собран по схеме однополупериодного детектора с разде ленными нагрузками, в качестве которых использованы неоновые лампы Л\ и Л 2 (рис. 6-7). При отсутствии сиг нала на входе каскада обе лампы погашены. При подаче сигнала, превышающего пороговый уровень, загорается
Н О
одна из ламп в зависимости от фазы входного сигнала. Этот каскад совместно с усилителем напряжения выпол няет роль индикатора нуля при работе прибора в режи ме измерения. Входной сигнал поступает на индикатор с мостовой схемы, которая образуется одной из ветвей /7С, содержащей датчик Rт, и дополнительной ветвью, содержащей уравновешивающий реохорд Rn со шкалой, отградуированной в градусах Цельсия. При перемещении движка по реохорду мостовая схема уравновешивается, что можно заметить по погашенным лампам. В этот мо мент указатель показывает на шкале реохорда факти ческую температуру датчика. Процесс уравновешивания производится оператором вручную. Выбор группы дат чиков и датчика в группе для измерения осуществляется бесконтактными ключами при остановке коммутатора аналогично прибору на рис. 6-2.
В сигнализаторе второй модификации генератор за щитных интервалов, обеспечивающий отсутствие лож ных срабатываний выходных устройств при работе ком мутатора, совмещен с генератором тактовых импульсов. Обе функции выполняет самовозбуждающийся мульти вибратор, собранный на транзисторах Т3 и Г4 (рис. 6-5).
С первого выхода мультивибратора отрицательные импульсы прямоугольной формы поступают на базы транзисторов Т5, Т6, являющихся исполнительным орга ном схемы защиты. Одновременно этот же сигнал посту пает на цепочку формирования тактовых импульсов, со стоящую из дифференцирующего конденсатора Сj и ог раничивающего диода Д ь Эти импульсы управляют ра ботой распределителя РЗ. Со второго выхода мульти вибратора через аналогичную формирующую цепочку С2, Д 2 снимаются тактовые импульсы положительной полярности, управляющие работой распределителя РТ.
Повышению экономичности прибора в значительной мере способствовало построение устройства вывода ин формации на основе схем транзисторного управления газоразрядными индикаторами, рассмотренных в гл. 5. В качестве индикаторов в приборе применены мини атюрные неоновые лампы ИНС-1. Для управления ин дикаторами использована схема, соответствующая рис. 5-7. Однако в отличие от нее каждый ключ, управ ляющий индикаторами, состоит из двух транзисторов, на один из них (Т7) поступает адресный сигнал от рас пределителя, а на другой (Т8) —общий для всей группы
Рис. 6-10. Принципиальная схема двухнедельного сигнализатора температуры.
грешности решена путем использования рассмотренных в гл. 2 методов аппроксимации нелинейных характери стик, в частности третьего метода, обеспечивающего ми нимальную погрешность линеаризации.
Приведем пример расчета погрешности линеаризации и градуи ровочных точек шкалы для поддиапазона 0—50 °С. В этом случае начальное сопротивление датчика 7?то=46 ом, максимальное прира щение Л,„=9 ом. Элементы мостовой схемы, определенные при по мощи соотношений (2-9) — (2-22), будут: /?i = 50,5 ом, R« = 49,4 ом,
./?з=48,1 ом, г=4,55 ом, а=53,95 ом, 6=96,5 ом. Угловой коэффи циент аппроксимирующей прямой для третьего способа аппроксима ции в соответствии с формулами табл. 2-2 равен:
а _ |
53,96 |
г |
Q== Ь + А т~ |
96,5 + |
9 = ° ’51- |
В этой же таблице приведены выражения для максимальной погрешности линеаризации б,п и градуировочных точек шкалы
L' и L"
оf i - v m |
y - |
|||
|
|
2Д„ |
|
|
_ L _ |
Г |
**ь |
|
4S„MmQ |
L', L " — (Q — Дт ) 2Q |
1 |
v |
] (б-д»<г)2Г |
|
|
|
|
||
1 1 4
После подстановки в эти выражения числовых значении полу чим: б,„=0,63%, или 0,3°С в абсолютных единицах, L' и L" соот ветственно 8 н 89% полной длины шкалы. Как показано в § '2-3, полученное значение б„, в 2 раза меньше погрешностей, возникаю щих при обычно применяемом способе градуировки моста, путем совмещения характеристик в начале н копие шкалы.
Исходя из суммарной погрешности, равной 1,5°С, и входящих в нее составляющих, обусловленных нели нейностью шкалы, дискретностью реохорда задатчика, нечувствительностью усилителя п рядом других факто ров, можно допустить величину погрешности, вызванную
взаимным влиянием ветвей до |
0,4 °С, или |
0,8% ши |
рины поддиапазона, равного 50°С. |
|
|
Определим, каким должно быть входное сопротивление сигналь |
||
ного усилителя, чтобы дополнительная |
погрешность |
не превыша |
ла 0.8%. |
|
|
|
значения Ддо=46 ом, Я л.к = |
|
Подставив в |
выражение |
(2-23) |
|||
= 55 ом, получим: |
|
|
|
|
|
. |
«л. («до + |
/?л.н)_ |
46 (46 + |
55) |
|
А - |
ЗЯд0 + |
Яд .к |
3-46 + |
55 |
|
Из выражения |
(2-17) |
определим |
для значения £ = 0 ,8 -Ю-2 |
||
А24
Ry у — 0 8 . ю -a = 3 - 103 ом.
Для обеспечения входного сопротивления 3 ком первый каскад усилителя выполнен по схеме с общим коллектором (Т* на рис. 6-10).
Задача устранения ложных срабатываний прибора при его включении в сеть решена путем использования вспомогательной диодно-конденсаторной цепочки, рас смотренной в § 4-3. При включении прибора в сеть одно временно с зарядом разделительного конденсатора С4 (рис. 6-10) заряжается через диод конденсатор С2. Ем кость конденсатора С2 выбрана таким образом, что вы ходное реле Р не срабатывает во время переходного процесса.
Емкость С2 рассчитывалась по формуле (4-43). Ис ходные данные для расчета следующие: емкость раздели
тельного конденсатора |
Ci = 20 мкф, напряжение питания |
£ = 1 1 в , коллекторное |
сопротивление £ i = 4,7 ком, ток |
включения выходного устройства /п== 0,4 ма.
После подстановки этих значений в формулу (4-43) получим значение С2=96 мкф. Для использования одно го конденсатора С2 с двумя сигнальными усилителями
115
его емкость принята равной 200 мкф. Со вторым усили
телем конденсатор С2 |
связан через диод Д ъ |
Для иллюстрации |
эффективности методов .компенса |
ции распределенной |
емкости линии связи, описанных |
в § 2-4, рассмотрим еще один многоканальный прибор, предназначенный для контроля температуры электроли та в аккумуляторах.
Затруднения, возникшие при разработке этого прибо ра, были обусловлены -комплексом довольно сложных требований, которым он должен удовлетворять при из мерении и сигнализации температуры: сравнительно вы сокой точностью (0,5%), днстанционностыо, не превы шающей 100 м, повышенной частотой напряжения пита ния (400 гц), широким диапазоном изменений темпера туры окружающей, среды (от 0 до +50°С).
Определим величину дополнительной погрешности, возникающей в указанных условиях только из-за влияния активного и реактивно го сопротивлений линии связи.
В случае подключения датчика по двухпроводной линии связи (рис. 6-11,а) суммарное сопротивление обоих проводов (длина ли нии связи 100 м, провод медный, сечение 1 мм2, р= 0,0172 ом -м м 2 /м)
Рис. 6-11. Схема включения датчика по двухпроводной (а) и трехпроводной линий связи (б).
составляет 3,4 ом. При изменении температуры окружающей среды на zt25 °С от среднего значения (+25 °С) приращение сопротивления линии равно 0,34 ом (температурный коэффициент меди 0,004 1/°С).
Эта |
величина складывается с сопротивлением датчика и эквивалент |
на |
абсолютной ошибке. Для датчика стандартной градуировки 21 |
[Л. |
35] при диапазоне контроля 100 °С относительная погрешность, |
вызванная только изменением активного сопротивления линии связи, составляет 1,9%, т. е. почти в 4 раза превышает суммарную допу стимую погрешность (0,5%).
Влияние линии связи может быть значительно уменьшено при подключении датчика трехпроводной линией (рис. 6-11,6). В этом случае при выполнении условия (?з=Ядо+Яд.к/2 максимальную абсо-
116
лютнуго погрешность А, вызванную изменением температуры соеди нительных проводов, можно определить из выражения
{Rao+lA+ARn)R2= (Rs~{'ARn)Ri,
где R ao, R h.k — сопротивления датчика в начале и в конце диапазо на контроля; A R n — изменение сопротивления одного провода линии связи; Ri—R3 — плечи моста.
После подстановки в это выражение цифровых данных для рас
сматриваемого случая получим: |
|
|
|
, |
(R3 + hRn)R\ |
„ |
|
Д — |
R s |
— |
К до |
(55 + |
0,17)-46 |
■46- |
0 , 17 = 0,03 о,». |
|
55 |
||
|
|
|
|
Относительная погрешность составляет 0,15%, что при общей погрешности 0,5% вполне допустимо.
В § 2-4 показано, что при подключении датчика трехпроводной линией связи и повышенной частоте питания измерительной схемы возникает дополнительная погрешность, вызванная влиянием ре активной составляющей сопротивления линии связи. Согласно выра жению (2-31) эта погрешность на частоте 400 гц в рассматриваемом случае составляет 0,06 ом, или. 0,35%, что соизмеримо с общей до пустимой погрешностью.
Для компенсации влияния реактивной составляющей сопротив ления в § 2-4 показана возможность использования дополнительного провода в линии связи. При этом для обеспечения минимального влияния активного сопротивления желательно выполнение условия v=-Rn/R3=\. Этому условию согласно табл. 2-3 соответствует ва риант подключения дополнительного провода экранированного кабе ля к точке b схемы (рис. 6-11). Таким образом, благодаря примене нию специальных мер, описанных в работе, оказалось возможным создание устройства, удовлетворяющего достаточно сложным метро логическим требованиям.
СП И С О К Л И Т Е Р А Т У Р Ы
1.Беккер Ю. Б., Борис Я. В., Кюздени О. А. Малогабаритный бесконтактный сигнализатор температуры. — В кн.: Механизация н
автоматизация управления. Киев, УКРНИИНТИ 1965, № 3.
2.Беленький Я. Е., Кац Б. IYI. К вопросу о применении диодных ключей в устройствах автоматического контроля. — «Измерительная техника», 1970, № 8.
3.Беленький Я. Е., Кац Б. М. Двухпредельный бесконтактный многоточечный сигнализатор температуры. — В кн.: Механизация п
автоматизация управления. Киев, УКРНИИНТИ 1968, № 3.
4.Беленький Я. Е. Многофазные релаксаторы. Киев, «Наукова думка», 1966.
5.Борис Я. В., Кац Б. М., Кюздени О. А. Устранение влияния
реактивности линии связи в мостовых схемах контроля температу ры. — В кн.: Вопросы теории электрических цепей для преобразова ния измерительной информации. Киев, «Наукова думка», 1967.
6.Будинский Я. Транзисторные переключающие схемы. М., «Связь» 1965.
7.Воронков Л. А. Сравнительный анализ устройств централи зованного контроля с обегающими и непрерывными каналами. — «Приборостроение», 1965, № 7.
8.Геннс А. А. и др. Тиратроны с холодным катодом и их при менение. Киев, Гостехиздат УССР, 1961.
9.Горшков Ю. А. Указатель-сигнализатор с многомостовой из
мерительной схемой. — «Измерительная техника», 1966, № 9.
10.Гурович Г. Я. Трансформатор для питания измерительных мостов переменного тока. Авт. свнд. № 137182. — «Бюлл. изобрет.», 1961. № 7.
11.Ерофеев А. В. Электронные устройства контроля н регули рования тепловых процессов. М., Госэнергоиздат, 1965.
12.Кавалеров Г. И., Ковалевская В. В. Первичные измеритель ные преобразователи, выпускаемые фирмами США. — «Приборо строение». 1966, № 10.
13.Карандеев К. Б. Мостовые методы измерений. Киев, Гос техиздат УССР, 1953.
14.Карандеев К. Б. и др. Электрические методы автоматиче ского контроля. М., «Энергия», 1965.
15.Кац Б. М. Влияние усилителя на погрешность многоветве-
вых мостов. — «Приборы и |
системы управления», 1968, № 3. |
|
16. Кац Б. М. Анализ |
фазочувствительного каскада с фазовой |
|
отсечкой. — «Труды института». М., |
НИИТеплоприбор, 1968, № 3—4. |
|
17. Кац Б. М. Многофазный |
матричный триггер. Авт. свид. |
|
№255350. — «Бюлл. изобрет.», 1969, № 33.
18.Кац Б. М. Анализ устройства вывода информации для ма шин централизованного контроля.—В кн.: Отбор и передача 'инфор мации. Киев, «Наукова думка», 1970, вып. 25.
19.Кац Б. М. Устройство для индикации. Авт. свид. № 251925.— «Бюлл. изобрет.», 1969, № 28.
20.Кольцов А. А., Карабанов Д. Н. Влияние изменения сопро
тивления линии связи на показания электронных автоматических мостов. — «Измерительная техника», 1966. № 1.
21. Красильников Л. В., Фнлипович Э. А. Бесконтактное много точечное устройство для контроля температуры. Авт. свид. № 162341. — «Бюлл. изобрет.», 1964, № 9.
118
22.Куликовский Л. Ф. Автоматические информационные изме рительные приборы. М., «Энергия», 1966.
23.Лебедев А. В. Анализ мультиплицированных схем. — «Труды
МЭИ». М„ МЭИ, 1953, вып. 13.
24. Малиновский В. Н., Харченко Р. Р. Цифровой мост на полу проводниковых элементах.—-«Измерительная техника», 1960, № 11.
25.Михайловский В. Н., Свенсон А. Н. Электронные коммута торы. Киев, Гостехиздат УССР, 1961.
26.Пахомов В. И. Бесконтактный коммутатор параметрических
датчиков. |
Авт. свид. |
№ 178886. — «Бюлл. изобрет.», |
1966, |
№ 4. |
27. Персии С. М., Персии Л. М. Анализ погрешностей и методы |
||||
повышения |
точности |
бесконтактных коммутаторов. — В |
кн.: |
Расши |
рение пределов измерения и повышение чувствительности электро измерительных усилителей. М., ОНТИпрнбор, 1966, вып. 1.
•28. Полонников Д. Е. Электронные усилители |
автоматических |
|
компенсаторов. М., ГИФМЛ, 1960. |
|
|
29. Попов Ю. А. и др. Транзисторный коммутатор параметриче |
||
ских датчиков сопротивления. — В |
кн.: Автоматический контроль и |
|
методы электрических измерений (Труды VI конференции. Т. II). |
||
Новосибирск, «Наука», 1967. |
|
|
30. Райкин П. С. Управление |
лампами цифровой индикации |
|
с помощью транзисторов. — В кн.: |
Автоматика и |
приборостроение. |
Киев, УКРНИИНТИ 1963, № 4. |
|
|
31.Розенберг В. Я., Прохоров А. И. Что такое теория массо вого обслуживания? М., «Сов. радио», 1965.
32.Севастьянов Б. А. Эргодическая теорема для марковских
процессов и ее приложение к телефонным системам |
с отказами. — |
В кн.: Теория вероятности и ее применение. Т. 2. М., |
«Наука», 1957, |
вып. 1. |
|
33.Соболевский К. М., Шакола Ю. А. Защита мостов перемен ного тока. Киев, Изд-во АН УССР, 1957.
34.Темников Ф. Е., Шенброт И. М. Машины и системы центра лизованного контроля (каталог-справочник). М., ГОСИНТИ, 1964.
35.Термометры сопротивления. ГОСТ 6651-59.
36.Цапенко М. П. и др. Измерение и кибернетика. — В кн.: Автоматический контроль и методы электрических измерений (Тру
ды конференции, 1961). Новосибирск, Изд-во СО АН СССР, 1964.
37.Цыпкин Я. 3. Теория импульсных систем. М., Физматгиз,
1958.
38.Шауман А. М. и др. Системы индикации с цифровыми лам
пами тлеющего разряда. — В |
кн.: |
Вычислительная техника и вопро |
сы программирования. ЛГУ, |
1963, |
№ 2. |
39.Шенброт И. М. Машины централизованного контроля. М., «Энергия», 1966.
40.Cleveland G. Neon driver circuit uses low voltage transis tor.— «Electron. Design», 1963-, № 11.
41.Henis R. B. Transistor neon driver. Pat. USA, № 2927247,
1960.
42.Loesecke P. V. Reducing noise with intelligent cabling.— «Instrum, and Control Syst.», 1967, v. 40, № 8.
43.Somliody A. Transistor bias method raises break point.—
«Electronics», 1960, № 2.