Muratov_V_G_Metrologia_tekhnol_izmer_i_pribor

Принципова електрична схема автоматичного потенціометра представлена на рис. 10.5.

Рис. 10.5. Схема автоматичного потенціометра КСП

В одну з діагоналей вимірювального моста включене джерело стабілізованої напруги постійного струму з резистором RД настроювання живлення схеми.

У вершину моста включений реохорд зворотного зв’язку RР, конструктивно виконаний зі струмовідводом СВ у вигляді двох паралельних реостатів, по яких ковзає притискний контакт.

Резистори RН і rН служать для установки й припасування початку шкали, RКіrК — дляустановкийнастроюваннядіапазонувимірювання. Грубу установку діапазону вимірювання виконують шунтом RШ.

Для мінімізації впливу температури навколишнього середовища на результати вимірювання у мості використані термостабільні резистори — котушки, обмотані манганіновим або константановим дротом. Виключення становить резистор RМ, виготовлений з мідного дроту й призначений для автоматичної компенсації зміни термо- е.р.с. термопари, викликаної мінливістю температури її вільних кінців. RМ установлений зовні на задній стінці потенціометра.

Термопара включена у вихідну діагональ моста так, що його вихідна напруга віднімається з термо-е.р.с. термопари. Утворений при цьому сигнал розбалансу ε за допомогою підсилювача П і реверсивного конденсаторного електродвигуна М перетворюється в переміщення каретки уздовж шкали потенціометра. На каретці встановлені притискний рухомий контакт (повзунок) реохорда RР зворотного зв’язку й вказівна стрілка шкали потенціометра.

Зміна вимірюваної температури приводить до розбалансу моста (ε ≠ 0) і переміщення каретки зі стрілкою й повзунком реохорда у бік зниження сигналу розбалансу (ε → 0). Показання зчитують, коли ε = 0 і стрілка зупиняється.

Запис показань здійснюється за допомогою пера в одноканальних приладах і печатного механізму — у багатоканальних.

Одноканальний пристрій, що реєструє, складається із закріпленого на каретці стрижня кулькової або гелевої ручки із притискною пружинкою. Раніше із цією метою використовували перо й чорнильницю, з’єднаних капілярною трубкою.

У багатоканальних приладах реєстрація вимірюваної величини здійснюється циклічно нанесенням на діаграмну стрічку крапок з порядковим номером ПП у момент зупинки каретки. Цифра, що з’являється у віконці каретки, вказує номер ПП, сигнал якого обробляється в даному циклі печатки. Реєстратор складається із друкуючого барабана з нанесеними на його поверхню відтисками крапок і цифр, і барабана з барвними секторами, що закріплені в каретці. Барвні войлочні сектори при цьому заправляють чорнилом для маркерів. Вказані барабани обертаються відповідно до номера каналу вимірювання так, що кожному номеру притаманний свій колір запису на діаграмі.

Слід зазначити, що одночасно з реєстратором обертається і механічний комутатор каналів. Комутатор представляє собою барабан з нерухомими контактами, розміщеними по колу, до яких підключені ПП. Два центральні рухомі контакти, до яких підключена вимірювальна схема, обігають нерухомі контакти, послідовно по одному включаючи всі ПП у вимірювальну схему.

Комутатор, реєстратор і діаграмна стрічка приводяться в рух за допомогою шестерінкових редукторів з приводом від одного синхронного електродвигуна стрічкопротягувального механізму, що має окремий вимикач.

Швидкість діаграмного диска автоматичних потенціометрів установлено на рівні 1 оберт за 8 або 24 години, а діаграмної стрічки: 10, 20, 40, 60, 120 мм/год. Виключення становить модифікація КСП4, де на лицьовій панелі приладу передбачений механічний перемикач вибору швидкості діаграмної стрічки в межах 60…5400 мм на годину.

Вимірювальний міст живиться від джерела змінного струму. Усі резистори моста намотані біфілярно манганіновим або константановим дротом, що знижує вплив температури навколишнього середовища на результати вимірювання. Опори, що налагоджують схему моста, такі ж, як у автоматичного потенціометра.

Термометр опору Rt включають у плече моста по двоабо трьохпровідній схемі. Опис цих схем включення термометра опору наведений раніше при розгляді логометра. Тут кожний з опорів RЛ1 і RЛ2 лінії зв’язку ПП із мостом за допомогою манганінових підгінних котушок, установлених, наприклад, у щиті КВПіА, підганяють до значення 2,50 ± 0,01 Ом.

Сигнал розбалансу ε у вихідній діагоналі моста за допомогою підсилювача П і реверсивного електродвигуна М перетворюють у переміщення каретки із змонтованими на ній повзунком реохорда RР і вказівною стрілкою шкали приладу. Зміна вимірюваної температури приводить до розбалансу моста (ε ≠ 0) і переміщенню каретки зі стрілкою й повзунком реохорда у бік зниження розбалансу (ε → 0). Показники зчитують, коли ε = 0 і стрілка зупиняється.

Підсилювач у КСМ налагоджують так само, як у потенціометрів КСП.

Комутатори, реєстратори і механізми приводу діаграми автоматичних мостів і потенціометрів не відрізняються між собою.

10.5. Автоматичні реєструючі прилади серій РП160 і Диск-250

Замість знятих з виробництва автоматичних компенсаційних приладів серії КС2 промисловість випускає одноканальні реєструючи прилади РП160 і багатоканальні (на 12 точок вимірювання) РП160М, а замість КС3 — одноканальні прилади Диск-250.

Нові прилади не містять мостових вимірювальних схем і виготовлені на основі сучасної мікроелектроніки.

Клас точності РП160, РП160М и Диск-250 за показниками й сигналізацією становить 0.5, а по реєстрації — 1.

Залежно від модифікації РП160, РП160М и Диск-250 працюють разом з термометрами опору, термопарами або джерелами уніфікованих сигналів.

Принцип дії ВП серії РП160 (рис. 10.7) заснований на порівнянні двох сигналів напруги постійного струму: вимірюваної напруги від ПП і сигналу зворотного зв’язку, який знімається з повзунка реохорда RР. Цей повзунок змонтовано зі вказівною стрілкою на каретці, яка рухається уздовж шкали ВП.

Сигнал ПП поступає у вхідний підсилювач ВхП, який працює за схемою «модуляція — демодуляція сигналу», що усуває його дрейф нуля. Сигнал з виходу ВхП надходить на підсумовуючий підсилювач СП, куди подається і сигнал від реохорду RР зворотного зв’язку. Різницевий сигнал ε після посилення в СП надходить у компаратор КП, який формує два сигнали: «Реверс», що залежить від знака ε і «Поріг», який залежить від амплітуди ε.

Порядок комутації напруги живлення (+ 24 В) на обмотках статора крокового двигуна М1 визначає напрямок обертання ротора М1 і задається сигналом «Реверс», який управляє станом реверсивного лічильника РЛ. При обертанні ротора М1 переміщується каретка із вказівною стрілкою й повзунком реохорда RР у бік зниження сигналу розбалансу (ε → 0).

Рис. 10.7. Схема автоматичного реєструючого приладу серії РП160

Частота підключення напруги живлення до обмоток статора крокового двигуна М1 визначає швидкість обертання ротора М1 і задається реверсивним лічильником РЛ і дешифратором ДШ, які, у свою чергу, управляються прямокутними імпульсами, що надходять від генератора Г крізь дільник частоти Д1.

При наявності сигналу «Поріг» більшого, ніж 7 В, частота підключення статора М1 до напруги живлення максимальна. При зниженні сигналу «Поріг» до рівня меншого за 7 В дешифратор ДШ

змінює канал проходження прямокутних імпульсів крізь лічильник РЛ, і швидкість обертання ротора зменшується в 4 рази. Коли сигнал «Поріг» стає меншим за 0,6 В (ε = 0), дешифратор ДШ вводить заборону на подачу напруги живлення (+ 24 В) до статора М1 і двигун зупиняється. Після цього зчитують показники РП160.

Перевірку справності ВП здійснюють натисканням кнопки «Контроль» на лицьовій панелі ВП, при якому стрілка повинна встановитися на відмітці, що відповідає 50 % довжини шкали. Сюди ж виведені шліци змінних резисторів «Шкала: початок, кінець», за допомогою яких налагоджують діапазон вимірювання ВП.

Стрічкопротягувальний механізм СПМ схеми реєстрації показ-

ників приладів РП160 і РП160М приводиться в дію кроковим двигуном М2. Швидкість діаграмної стрічки задається генератором Г и дільником частоти Д2, а порядок комутації — комутатором К.

Вибір швидкості VЗАД діаграми здійснюють у двох режимах: дистанційному по команді від зовнішнього джерела та ручному установкою спеціальної вставки в потрібне гніздо розетки на лицьовій панелі приладу, де розташовані кнопки «Дист.» й «Внутр.» вибору цих режимів.

Положення вставки встановлює одну з наступних швидкостей діаграмної стрічки: 20, 40, 60, 120, 240, 1200 або 2400 мм/год.

Комутатор і реєстратор у приладів РП160М такі ж самі, як у автоматичних потенціометрів і приводяться в дію за допомогою двигуна М2.

Схема сигналізації містить чотири релейні вихідні пристрої ВП1…ВП4 і реалізована в модулях порівняння й силових ключів. Модуль порівняння складається з компараторів цих вихідних пристроїв. Кожен з компараторів представляє собою релейний елемент порівняння сигналу відповідної уставки із сигналом виходу СП. Спрацювання компаратора при їх рівності призводить до відкриття (закриття) відповідного силового ключа. Схема аналогічного силового ключа наведена на рис. 7.2 (§ 7.1).

На лицьову панель ВП виведені шліци під відкрутку змінних опорів-задатчиків кожного з компараторів та опора «Загальний». При натиснутій кнопці «Задача», що розташована поряд, обертаючи відкруткою вісь опора «Загальний», переміщують вказівну стрілку на необхідну відмітку шкали приладу. Потім, обертаючи

вісь обраного задатчика, встановлюють уставку, домагаючись загорання (погасання) його світлодіодного індикатора, що розташований поряд з кожним задатчиком. Ці індикатори призначені для сигналізації спрацювання відповідних вихідних пристроїв ВП1…ВП4.

У схемі Диск-250 використана традиційна аналогова мікроелектроніка (рис. 10.8). Електродвигун зворотного зв’язку М1 — реверсивний асинхронний, привода діаграми М2 (на рис. 10.8 не показаний) — синхронний. Швидкість обертання діаграмного диска — 1 оберт за 8 або 24 години.

Рис. 10.8. Схема автоматичного вторинного приладу серії Диск-250

Сигнал від ПП, попередньо посилений за допомогою вхідного підсилювача ВхП, надходить у м-д-м-підсилювач вхідного сигналу ПВхС, який містить попередній підсилювач ППС й кінцевий підсилювач КПС. Сигнал з виходу ПВхС порівнюється із сигналом зворотного зв’язку, що надходить від повзунка реохорда RР крізь підсилювач реохорда ПР. Різницевий сигнал ε перетворюється підсилювачем небалансу ПН і реверсивним двигуном М1 у переміщення вказівної стрілки й повзунка реохорда Rр у бік зменшення сигналу небалансу(ε → 0). Коли настає баланс ε = 0, двигун М1 зупиняється й оператор зчитує показники приладу.

Настроювання діапазону вимірювання здійснюють відкруткою обертанням вісі змінних опорів «Нижня межа», «Верхня межа», доступ до яких передбачений крізь отвори у верхній частині корпуса Диск-250.

Прилад Диск-250 має наступні вихідні пристрої:

—перетворювач вихідного сигналу (ПВС), що виробляє уніфіковані сигнали струму (0…5, 4…20) мА або напруги (0…5, 0…10) В;

—пристрій індикації обриву (ПІО) датчика, світлодіодний індикатор якого встановлений на кришці приладу;

—вихідний пристрій (ВП1), що виробляє сигнал «менше»;

—вихідний пристрій (ВП2), що виробляє сигнал «більше»;

—вихідні пристрої ВП3 і ВП4, що утворюють 3-позиційний регулятор з вихідною напругою = 24 В.

Схеми підключення різних ПП до вхідного підсилювача для приладів РП160, РП160М та Диск-250 ідентичні між собою і представлені на рис. 10.9.

Рис. 10.9. СхемипідключенняППдоприладівсерійРП160 іДиск–250.

Термоперетворювач опору підключають до ВхП за 4-провідною схемою, що не потребує припасування опорів лінії зв’язку.

Вбудоване джерело стабілізованого струму ДСС підтримує струм крізь термометр опору Rt на значенні i = 2 мА, що забезпечує незалежність показань термометра від ступеня його нагрівання при проходженні струму. За законом Ома спадання напруги Ut на термометрі дорівнює

Оскільки i = const, а номінальна статична характеристика термометра опору лінійна (Rt = кt × t), то спадання напруги Ut на термометрі Rt теж лінійне і пропорційне вимірюваній температурі:

де к — коефіцієнт пропорційності.

наприклад, на операційних підсилювачах постійного струму (термостабільних або загального призначення). При підвищених вимогах до стабільності роботи приладу, коли неприпустимим є «дрейф нуля», властивий підсилювачам постійного струму, ВхП виконують за схемою «модуляція — демодуляція сигналу». У таких м-д-м — підсилювачів вхідний сигнал постійного струму перетворюють у сигнал змінного й після посилення випрямляють. Вихідний сигнал ВхП подають в пристрій гальванічної розв’язки ПГР, щоб виключити вплив вихідних ланцюгів НП на результат виміру. Пристрій гальванічної розв’язки реалізують різними шляхами, наприклад, за допомогою розділового трансформатора (для сигналів змінного струму) або оптронів. З виходу ПГР сигнал надходить до вихідного підсилювача ПВИХ, який забезпечує нормування вихідного сигналу.

Аналогові нормуючі перетворювачі мають такі класи точності: 0,1; 0,2; 0,25; 0,4; 0,6; 1.0.

На рис. 10.11 показана структурна схема мікропроцесорного нормуючого перетворювача фірми Advantech. Даний НП, класу точності 0.1 є загального призначення і виготовлений у вигляді окремого модуля типу ADAM-4011 аналогового введення інформації в мережу, наприклад, у вимірювально-інформаційної системи.

Модуль у своєму складі має 16-розрядний аналого-цифровий перетворювач (АЦП), керований мікроконтролером і призначений для приймання й перетворення сигналів термопар і аналогових уніфікованих сигналів струму або напруги. Мікропроцесор виконує перетворення цифрових відліків аналогового сигналу, які надходить з виходу АЦП у значення, що представляє в одному з наступних форматів: інженерні одиниці вимірювання, відсотки повної шкали, додатковий код та інше.

Запам’ятовуючий пристрій (флеш-пам’ять), що перепрограмовується (ЗППП), зберігає параметри конфігурації вхідних сигналів і лінеаризації підключеної термопари. В ЗППП також зберігаються значення завдань для створення імпульсів сигналізації або позиційного регулювання.

МодульADAM-4011 працює в мережі модулівADAM, керованих за допомогою провідного комп’ютера (вузла мережі) по інтерфейсу RS485.

Після одержання запиту на передачу даних від провідного вузла мережі мікропроцесор модуля передає відлік вхідного аналогового