1.5. Аналоговые электроизмерительные приборы с регистрирующими устройствами

1.5.1. Принципы построения, характеристики и узлы. Методы регистрации

Аналоговые электроизмерительные приборы по своему значению делятся на показывающие; показывающие и регистрирующие; показывающие и регулирующие; показывающие, регистрирующие и регулирующие. Среди аналоговых приборов всех назначений значительное место занимают автоматические приборы, в которых некоторые операции процесса измерения (например, уравновешивание) автоматизированы.

Регулирование различных параметров (температуры, давления и т.д.) осуществляется при помощи встроенных или выполненных в виде отдельных приставок регулирующих устройств. Для записи величин, изменяющихся во времени, широко применяют электромеханические регистрирующие приборы – самопишущие электроизмерительные приборы и светолучевые осциллографы. В самопишущих приборах предусмотрена регистрация показаний в форме диаграммы. Функциональную зависимость, подлежащую регистрации, представляют обычно в виде графика, характеризующего изменения какого-либо параметра во времени x = f(t) либо зависимость значений одного параметра от другого, не являющегося времени x₁ = f(x₂).

В состав регистрирующего прибора входят следующие основные элементы и узлы: материал-носитель, на котором производится регистрация; регистрирующий орган для нанесения знаков регистрации (точек, линий и т.д.); механизм, воздействующий на регистрирующий орган, и устройство для перемещения носителя. Положение регистрирующего органа и плоскости определяется количественным значением измеряемой величины. Для того чтобы получить график исследуемой функциональной зависимости, перемещение носителя должно находиться в соответствии с изменением параметра t или x₂.

Методы регистрации

Регистрация – представление измерительной информации в форме видимых или скрытых изображений, размещенных на некоторых материальных носителях (бумаге, магнитной или фотопленке и т.п.).

Основными способами воздействия регистрирующего органа на носитель являются нанесение слоя вещества на носитель, снятие слоя вещества носителя и изменение состояния этого вещества.

В самопишущих приборах широко используются методы регистрации нанесением слоя вещества на носитель: запись на диаграммной бумаге чернилами и пастой или печатание.

К числу основных достоинств этих методов относятся долговечность документов регистрации, непосредственная видимость результата записи, удобный и дешевый носитель.

Рисунок 1.16 поясняет принцип записи печатанием. Колесо с выступами 1 участвует в поступательном (в момент печатания) и вращательном движениях (в моменты переключения измерительных цепей). Красящий валик (или валики разных цветов) 2 и носитель 3 помещаются в направлении, указанном стрелками.

а) б)

Рис. 1.16. Схемы печатающих механизмов для многоточечной записи:

а) одноцветная запись, б) многоцветная запись

Диаграммы, на которых производится запись показаний, изготовляются из гладкой и прочной бумаги, обладающей хорошей впитываемостью и незначительным изменением геометрических размеров при изменении условий окружающей среды (температуры, влажности). Бумажные диаграммы имеют обычно форму ленты (длина ленты 5 – 100 м) или диска и снабжены градуировочной сеткой (ГОСТ 7826–75), которую выполняют в прямоугольной или полярной системе координат. На рисунке 1.17 показаны основные виды диаграмм.

Рис.1.17. Основные виды диаграмм:

а, б – с прямоугольными, в – с полярными координатами

Криволинейная сетка соответствует случаю, когда регистрирующий орган совершает вращательное движение вокруг неподвижной точки О; прямолинейная сетка соответствует прямолинейному перемещению регистрирующего органа. Основные виды диаграмм: а, б – с прямоугольными, в – с полярными координатами.

Запись чернилами осуществляется с помощью пишущего устройства, основными элементами которого являются перо, капилляр и чернильница. Перо укрепляют на специальной каретке, перемещающейся вместе с указателем прибора, и соединяют с неподвижной чернильницей посредством гибкого капиллярного чернилопровода, (подача чернил осуществляется под действием силы тяжести) или изогнутой металлической трубки, один конец которой свободно перемещается в чернильнице.

На рисунке 1.18 схематически показан способ регистрации печатанием, используемый в чувствительных приборах с небольшим вращающим моментом (магнитоэлектрические милливольтметры).

Рис. 1.18. Схема способа регистрации печатанием

Регистрирующим органом служит стрелка-указатель измерительного прибора, которая периодически с помощью печатающего механизма 2 прижимает красящую ленту 3 к носителю 4. Металлический пруток малого диаметра 5 в месте соприкосновения стрелки и носителя обеспечивает след от красящей ленты в виде точки.

Применение лент различного цвета позволяет использовать прибор для одновременной записи нескольких процессов. Отсутствие трения регистрирующего органа о носитель в процессе измерения позволяет сохранить точность прибора без увеличения потребляемой им мощности.

На рисунке 1.19 изображена кинематическая схема перемещения бумажной диаграммы в виде ленты Ленточная диаграмма изготовляется в рулонах 2 и перемещается с помощью вращающегося барабана, по краям которого расположены зубцы. Зубцы барабана 1, попадая в отверстия, пробитые по краям ленты 4 (перфорации), сообщают ей принудительное движение; барабан 3 с помощью двигателя вращается с переменной скоростью и служит для сбора диаграммной ленты с записью процесса.

Рис. 1.19. Кинематическая схема перемещения

бумажной диаграммы в виде ленты

Пробивание отверстий и печатание градуировочной сетки осуществляется одновременно, что исключает погрешность в отсчете времени (за счет скольжения ленты и изменения её геометрических размеров). В приборах с широкой ленточной диаграммой отверстиям с одной стороны придают овальную форму, что предотвращает нарушение нормальной работы прибора вследствие увеличения поперечных размеров ленты.

На смену рулонной упаковке лент начинает приходить упаковка пачки.. На рисунке 1.20 изображена упаковка бумажной ленты в пачки где лента уложена в виде «гармошки».

Рис. 1.20. Упаковка бумажной ленты в пачки

При работе прибора участки диаграмм с записью складываются в пачку того же вида. Этот способ позволяет упростить механизм ее передвижения. Диаграммные ленты с записью, сложенные в пачки удобны в обращении.

В самопишущих приборах широко применяются диаграммные диски. Укрепленные на металлическом основании, они вместе с ним вращаются по часовой стрелке.

Выходной величиной электромеханических измерительных механизмов является угловое перемещение, что соответствует записи в криволинейных координатах. Однако наиболее привычным и удобным для расшифровки видом диаграмм являются диаграммы, выполненные в прямоугольной системе координат, что обусловило появление измерительных механизмов с устройствами для спрямления записи.

Термический метод регистрации осуществляется путем теплового воздействия электрически нагретого элемента («теплового пера») на поверхностный слой теплочувствительной бумаги.

Используется также запись на металлизированной бумаге. Схема способа регистрации на металлизированной бумаге изображена на рисунке 1.21.

Рис. 1.21. Схема способа регистрации на металлизированной бумаге

Записывающий электрод 1 и металлический барабан 2 (второй электрод) присоединены к источнику питания Е. Проводником тока между электродами служит металлизированная бумага Н (М – слой металла). Под действием тока металл под электродом 1 плавится и частично выгорает, в результате чего на поверхностном слое появляется отчетливо видимый темный след в виде точки или (при движении электрода 1) тонкой линии.