книги из ГПНТБ / Гинзбург, И. Б. Автоматическое регулирование и регуляторы в промышленности строительных материалов учебник

ности около сплошной линии. Половина этой зоны неопреде­ ленности Ао есть абсолютная погрешность преобразования. Рас­ пределение полосы около сплошной линии может иметь двоякий характер. Ширина 2Ао может нё менять своего значения вдоль всей характеристики. В этом случае погрешность называется погрешностью от смещения нуля, так как она не зависит от те­ кущего значения измеряемой величины. В другом случае ширина полосы неопределенности оказывается возрастающей пропорцио­ нально текущему значению х (рис. 76,6). Такая погрешность называется погрешностью от изменения чувствительности. В боль­ шинстве реальных измерительных преобразователей обе погреш­ ности имеют место одновременно. Изменение текущей погрешно­ сти вдоль шкалы градуировочной характеристики преобразова­ теля можно представить как

А = Ао + Yo-K)

где л: — текущее значение измеряемой величины; Ао — абсолютное значение погрешности от смещения нуля

преобразователя;

Yo — относительная погрешность от изменения чувствитель­ ности преобразователя.

Зависимость относительной погрешности показания, у = к/х определяется y= Yo+ Ao/*, а абсолютная погрешность А = Ао+уо*- Тогда графики изменения абсолютной и относительной погреш­ ности примут вид, изображенный на рис. 77.

По способу использования преобразователи можно подразде­ лить на пе рвичные , служащие для преобразования инфор­ мации в удобную форму для той или иной системы регулирова­ ния, и н о р м и р у ющи е , преобразующие.неунифицированные сигналы в унифицированные.

Рассмотрим основные схемы использующихся электрических измерительных преобразователей. К схемам простейших преоб­ разователей можно отнести однополупериодные и двухполупериодные схемы. Наиболее распространенные варианты этих схем показаны на рис. 78, где а — однополупериодные, б и в — двухполупериодные. Простейшая однополупериодная схема содержит только один диод Д, нагрузкой служит сопротивление RH. Среди двухполупериодных схем наибольшее значение имеют мостовые схемы.

К положительным свойствам этих преобразователей относится простота, к отрицательным — воздействие возмущающих внеш­ них факторов, среди которых наибольшее влияние оказывает температура вследствие большого разброса температурных ха­ рактеристик диодов.

К разряду простейших преобразователей следует отнести пре­ образователи сигналов индукционных, дифференциальных и дру­ гих видов датчиков в сигнал постоянного тока для подачи на вход измерительных приборов. Одна из схем подобного вида

120

Р и с. 78. С хем ы п р остей ш и х п р ео б р а зо в а т ел ей

~220

Р и с . 79. П ри н ц и п и ал ь н ая схем а

п р ео б р а зо в а т ел я и н д ук ц и он н ого датч и к а

Р и с . 80 . С т р ук т ур н ая сх ем а н ор м и р ую щ и х п р е о б р а ­ зо в а т ел ей тип а Н П

121 •

преобразователей приведена на рис. 79. Величина перемещения плунжера индукционного датчика Д преобразуется в напряжение постоянного тока, используемое одновременно в схемах контроля и регулирования. Мост, двумя плечами которого являются ка­ тушки индукционного датчика Д, питается напряжением 12 В пе­ ременного тока. При среднем положении плунжера индукцион­ ного датчика и движка потенциометра Rі ток в диагонали моста равен нулю. При отклонении плунжера в ту или иную сторону величина тока в диагонали моста будет изменяться пропорцио­ нально величине отклонения плунжера. Напряжение разбаланса моста с потенциометра R2 подается на вход показывающего при­ бора, с потенциометра R3 — на вход автоматического потенцио­ метра, с потенциометра Ri — на регулирующий прибор. Потен­ циометром Ri при необходимости устанавливается баланс моста при любом положении плунжера датчика.

К преобразователям сигналов датчиков в унифицированный сигнал относится большая группа нормирующих преобразовате­ лей типа НП. К таким преобразователям относятся преобразова­ тели типа НП-ТИМ, НП-Р1, НП-СЛ1, НП-ТЛ1, ПТ-ДТ-К и др.

Нормирующий преобразователь типа НП-П1М предназначен для непрерывного преобразования перемещения сердечника диф­ ференциального датчика в унифицированный сигнал постоянного тока 0—5 мА. Преобразователь НП-ТЛ1 выпускается для ра­ боты с термопарами ТХА и ТХК и предназначен для линейного преобразования измеряемой температуры в унифицированный сигнал постоянного тока 0—5 мА. Преобразователь НП-Р1 слу­ жит для преобразования в унифицированный сигнал 0—5 мА перемещения плунжера реостатного датчика, преобразователь НП-СЛ1— для изменения сигнала термометра сопротивления, ПТ-ДТ-К —для квадратичного преобразования перемещения сердечника дифференциального датчика типа ДМ.

Основная погрешность преобразования не превышает ±1,5%. Сопротивление нагрузки, включая сопротивление линии связи преобразователя с нагрузкой, не должно превышать 2,5 кОм.

Структурная схема преобразователя НП-П1М представлена на рис. 80. Преобразователь состоит из демодулятора и усили­ теля постоянного тока. Дифференциальный датчик ДМ подклю­ чается на вход демодулятора 1, который преобразует выходной сигнал датчика в пропорциональное постоянное напряжение. Пи­ тание датчика осуществляется от стабилизатора переменного тока 6, расположенного внутри преобразователя.

Усилитель постоянного тока УПТ, охваченный глубокой отри­ цательной нелинейной обратной связью по току 4, преобразует постоянное напряжение в переменное 2, усиливает его усилите­ лем 3 и с помощью фазочувствительного усилителя мощности 5 вновь преобразует в постоянное.

Для преобразования сигнала индукционного датчика (уста­ навливаемого на исполнительных механизмах МЭО и других,

122

а также на некоторых дифманометрах) следует применить пре­ образователь НП-П1М, используя для этого несложную переход­ ную схему от трехпроводной к двухпроводной системе (рис. 81). В варианте а питание схемы осуществляется от внутреннего ис­ точника преобразователя, в варианте б — от внешнего источника. Потенциометр R является «чувствительностью» схемы.

На рис. 82 представлена принципиальная схема преобразова­ теля НП-П1М. Первичная обмотка датчика подключена на клеммы 17— 18 и питается от вторичных обмоток трансформато­ ров Tpk и Тр5, соединенных последовательно и согласно для по­ лучения необходимой мощности и высокого коэффициента стаби­ лизации.

Феррорезонансный стабилизатор напряжения, состоящий из

Трі, образуют стабилизированный источник питания датчика. Вторичная обмотка датчика подключена на клеммы 7—8.

Переменное напряжение с этой обмотки поступает на демоду­ лятор (фазочувствительиый выпрямитель), собранный в целях улучшения температурной стабилизации на двух кремниевых триодах ПП1 и ПП2. Управление триодами осуществляется током вторичной обмотки трансформатора Трх через фазосдвигающую цепь— резистор R3 и конденсатор Сь Выпрямленное напряже­ ние фильтруется конденсатором С2, сравнивается с напряже­ нием обратной связи, снимаемым с выхода преобразователя (клеммы 3—4), и разность их подается на вход модулятора.

Модулятор, работающий в ключевом режиме, собран на крем­ ниевых диодах ПП3 и ПП7. Ток управления модулятором через ограничивающее сопротивление резистора Ru поступает от вто­ ричной обмотки трансформатора Трь Нагрузкой модулятора яв­ ляется первичная обмотка согласующего трансформатора Тр2.

Напряжение со вторичной обмотки Тр2 пода'ется на вход уси­ лителя переменного тока, собранного для получения необходи­ мого коэффициента усиления на двух полупроводниковых трио­ дах ЯЯ4 и ППЪ. Нагрузкой этого усилителя является первичная обмотка согласующего трансформатора Тр3, настроенная в резо­ нанс на частоту 50 Гц с помощью конденсаторов Се и С7. Усилен­ ное напряжение со вторичной обмотки согласующего трансфор­ матора Тр3 поступает на фазочувствительный усилитель, со­ бранный для получения необходимой выходной мощности на полупроводниковом триоде ЯЯ6.

Постоянная составляющая тока (0—5 мА) подается на вы­ ходные клеммы преобразователя 14—16. Конденсаторы С9, Сю и резистор Rw служат для уменьшения пульсаций выходного тока. Резисторы Re, Ri, Rs и Rg (корректор) образуют мост, в одну из диагоналей которого подается напряжение е полупроводникового диода Ді. В другую диагональ моста включены потенциометры Ri и Ri. С потенциометра R/„ включенного в «цепь нагрузки демо-

123

Выходной сигнал по напряжению

Э П2 Н №1 noHQOxg

Р ис. 82. П р и н ц и п и ал ь н ая с х е м а н ор м и р ую щ его п р ео б р а зо в а т ел я ти п а Н П -П 1 М

дулятора, снимается напряжение, которое служит для компенса­ ции небаланса датчика. Напряжение, снимаемое с полупровод­ никового диода Д4, служит для питания коллекторных цепей триодов ППі и ППь и цепей смещения усилителя переменного тока и фазочувствительного каскада. Температурная компенса­ ция полупроводниковых триодов ЯЯ4 и ЯЯ6 осуществляется полупроводниковым диодом Дз и термосопротивлением Язе-

Схема преобразователя характеризуется высокой линейно­ стью зависимости выходного тока от входного сигнала.

Принцип действия других нормирующих преобразователей аналогичен. Так, преобразователь НП-ТЛ1 состоит из измери­ тельной схемы, усилителя постоянного тока и разделителядля устранения связи между входными и выходными цепями преоб­ разователя. Усилитель постоянного тока охвачен глубокой отри­ цательной обратной связью, которая обеспечивает высокую точ­ ность преобразования напряжения в ток.

Многообразие применяемых типов датчиков, широкое внедре­ ние систем автоматического регулирования, повышение требова­ ний к точности и надежности работы датчиков и систем регули­ рования приводит к необходимости использования унифицирован­ ного сигнала как универсального средства связи для передачи информации. Действительно, современные задачи контроля и уп­ равления сложными технологическими объектами требуют мно­ гократного использования одной и той же информации. Отсут­ ствие унифицированного сигнала на выходе датчиков вызывает обычно значительное увеличение числа первичных приборов, что существенно усложняет схемы автоматического регулирования.

Унифицированный сигнал, характеризующий значение того или иного параметра, используется многократно в системах регу­ лирования, контроля, управления, защиты и в других случаях. Поэтому для датчиков, выходной сигнал которых не унифициро­ ван, используются нормирующие преобразователи. Это позво­ ляет существенно упростить схемы, уменьшив число датчиков, повысить надежность и работоспособность схем.

125

I

н а л а ; б — с х е м а с и с п о л ь з о в а н и е м п о т е н ­ ц и о м е т р и ч е с к о г о с и г н а л а

126

сп ец и ф и ч еск и х усл ови й .

Кабельные трассы от нормирующих преобразователей до при­ емников целесообразно иметь минимальными. Токовый сигнал от НП следует подводить к элементам схемы, на которых в зави­ симости от необходимости он должен преобразовываться в на­ пряжение, подаваемое далее на вход приемников. Такая схема наиболее удобна в настройке, и приемники в ней независимы друг от друга. При этом следует соблюдать правило, заключаю­ щееся в том, что если в схеме приемника есть сопротивление, не меняющее при настройке своего значения в токовой цепи, то входной сигнал на этот приемник можно осуществить по токовой цепи. В этом случае при отключении приемника от цепи нужно устанавливать эквивалентное сопротивление, если желательно, чтобы остальные приемники продолжали работать.

Г л а в а VI. ВТОРИЧНЫЕ ПРИБОРЫ

В отличие от датчиков, называемых п е р в и ч н ы м и прибо­ рами, группу показывающих, сигнализирующих, печатающих, регистрирующих приборов называют в т о р и ч н ы м и прибо­ рами. В промышленности ведется учет и контроль производ­ ственных процессов с их помощью.

Вторичные приборы автоматического контроля можно раз­ бить на две большие группы:

1.Небалансные приборы, или приборы прямого измерения, основанные на непосредственном измерении выходной величины датчика.

2.Балансные приборы, основанные на автоматическом урав­

новешивании (балансировании) выходной величины датчика с помощью равной ей величины такого же рода. В балансных си­ стемах сопоставляются однородные величины (неизвестная изме-

127

ряемая и известная, например напряжение постоянного тока). При этом совокупное действие этих величин полностью уравнове­ шивается, компенсируется. Поэтому такие приборы называются также к о м п е н с а ц и о н н ы м и . На компенсационном методе основана работа автоматических мостов и автоматических потен­ циометров, широко используемых в системах контроля и регу­ лирования.

универсального н а зн а ч ен и я

электрический регистрирующий прибор универсального назначе­ ния и прибор, собранный по схеме индукционного моста перемен­ ного тока (рис. 85). Различные электрические и неэлектрические величины при помощи преобразователя-датчика 1 (рис. 85, а) преобразуются в напряжение постоянного тока, которое подво­ дится по проводам 2 к магнитоэлектрической схеме прибора. Через пружину 3 ток поступает в обмотку рамки 4, которая, взаи­ модействуя с магнитным полем постоянного магнита 5, поворачи­ вается на угол, прямо пропорциональный величине тока и соот­ ветственно величине первичного контролируемого параметра 1. При этом перемещается стрелка 6, снабженная легким пером 7, которое производит на диаграммной бумаге 8 запись величины параметра. Преобразуя неэлектрические величины в электриче­ ские, можно контролировать или записывать быстро меняющиеся параметры технологических процессов.

Катушка индукционного датчика дифманометра 1 (рис. 85, б) соединена по трехпроводной схеме с такой же катушкой 2, нахо­ дящейся во вторичном показывающем приборе по схеме индук­ тивного моста переменного тока. Плунжер с сердечником из ферромагнитного материала 3 жестко связан с поплавком или мембраной дифманометра 4. Плунжер индукционной катушки вторичного прибора 5 соединен со стрелкой или пером вторцч-

128

ного прибора 6. Мост питается напряжением переменного тока. При среднем положении плунжера датчика плунжер вторичного прибора также находится в среднем положении и стрелка пока­ зывает ноль. Мост сбалансирован. При перемещении плунжера датчика вследствие изменения состояния измеряемого параметра в диагонали моста появится ток, действие которого вызовет пере­ мещение плунжера вторичного прибора на величину, аналогич­ ную величине и направлению перемещения плунжера датчика, после чего в системе установится новое положение равновесия. Перемещение плунжера с помощью механической передачи пре­ вращается в перемещение стрелки или пера вторичного прибора.

Примером б а л а н с н ы х п р и б о р о в являются современ­ ные автоматические потенциометры, уравновешенные мосты и миллиамперметры КСП, КСМ и КСУ, которые предназначены для измерения, записи и регулирования (при наличии регули­ рующего устройства) температуры и других величин, значения которых могут быть преобразованы в изменение постоянного тока, напряжение постоянного тока и активное сопротивление. Приборы рассчитаны на работу в стационарных условиях при температуре окружающего воздуха от 5 до 50° С и относительной влажности от 30 до 80%. Класс точности приборов 0,25 и 0,5. Приборы могут быть одноточечными и многоточечными.

Автоматические потенциометры работают в комплекте с од­ ной или несколькими термопарами стандартных градуировок или

содним или несколькими датчиками э. д. с. или напряжения по­ стоянного тока. Уравновешенные мосты работают в комплекте

содним или несколькими термометрами сопротивлений стан­ дартных градуировок.

Миллиамперметры действуют в комплекте с датчиками сигна­ лов постоянного тока. Показания приборов отсчитываются при помощи указателя по шкале и записываются на диаграммной ленте. В одноточечном приборе запись осуществляется непре­ рывно чернилами, в многоточечном — циклично напечатанными точками и рядом с ними стоящими цифрами, указывающими но­ мера датчиков.

Пределы измерений потенциометров, предназначенных для измерения напряжения постоянного тока, соответствуют следую­ щим значениям: 0—1, 0—5, 0—10, 0—20, 0—50, 0—100 мВ. Со­ противление каждого из датчиков, подключаемых к потенцио­ метру (включая сопротивление линии), не должно превышать 200 Ом. Пределы измерения миллиамперметров, предназначен­ ных для измерения силы постоянного тока, соответствуют сле­ дующим значениям: 0—5 и 0—20 мА. Входное сопротивление миллиамперметра с пределом измерения Р—5 мА равно 2 Ом, с пределом измерения 0—20 мА — 0,5 Ом.

В основу работы приборов типа КС положен компенсацион­ ный метод измерения. Принципиальные электрические схемы приборов приведены на рис. 86 и 87.

129