Тема №8. Засоби електровимірювальної техніки

План

Основні різновиди показувальних електромеханічних приладів. Реєструвальні прилади. Структурні схеми та характеристика цифрових засобів вимірювальної техніки

 

Основні різновиди показувальних електромеханічних приладів

Електромеханічні прилади принцип дії полягає у перетворенні електромагнітної енергії вимірювального сигналу в механічну енергію переміщення рухомої частини вимірювального механізму.

Електронні АВП звичайно будують на основі магнітоелектричного вимірювального механізму з використанням електронних вузлів - вимірювальних підсилювачів, перетворювачів змінного струму в постійний, функціональних перетворювачів тощо.

Комбіновані прилади призначені для вимірювання декількох величиню

Універсальні прилади працюють як на постійному, так і на змінному струмію.

Електромеханічні прилади

Ці прилади широко використовуються у технічних вимірюваннях. Вони прості у конструкції, надійні, мають велику кількість модифікацій, досить точні – до класу точності 0.05.

Загальні вузли й деталі приладів.

Корпус приладу захищає вимірювальний механізм від зовнішніх впливів, наприклад, від влучення в нього пилу, в окремих випадках - води й газів. Виконується частіше всього з пластмаси. Може бути основою, на якій збирається весь прилад (рис.1).

 

                                  Рис. 1. Загальний вигляд приладів

 

Для визначення числового значення вимірюваної величини прилади мають відлікові пристрої, що складаються зі шкали та покажчика. Шкала являє собою пластину, що має білу поверхню із чорними відмітками, що відповідають певним значенням вимірюваної величини.

Покажчик являє собою стрілку, що переміщується над шкалою, жорстко скріплену з рухливою частиною приладу. Застосовується також світловий спосіб відліку: на рухливій частині закріплюється дзеркальце, освітлюване спеціальним освітлювачем. Промінь світла, відбитий від дзеркальця, попадає на шкалу й фіксується на ній, наприклад, у вигляді світлової плями з темною ниткою посередині. Світловий відлік дозволяє істотно збільшити чутливість приладу за рахунок того, що:

- кут повороту відбитого променя вдвічі більше кута повороту дзеркальця

- довжину променя можна зробити досить великою.

Рис. 2. Світловий покажчик

 

Системи електромеханічних АВП.

Залежно від принципу дії використаного вимірювального механізму, тобто від принципу перетворення електромагнітної енергії вимірювального сигналу в механічну енергію рухомої частини і виду функції перетворення, електромеханічні АВП поділяють на такі системи:

- магнітоелектричну, електромагнітну, електродинамічну, феродинамічну, електростатичну та індукційну,випрямну, термоелектричну.

Реєструвальні прилади призначені для вимірювання й автоматичного запису значень вимірюваних величин, які можуть змінюватись з часом.

Всі реєструвальні електровимірювальні прилади можна поділити на такі групи: •самописні прилади прямого перетворення і прямого відліку •самописні автоматичні потенціометри і мости; •електромеханічні осцилографи; •друкувальні прилади.

У самописних приладах, потенціометрах і мостах вимірювальні величини реєструються на лінованій паперовій стрічці чи на лінованому паперовому диску; у осцилографів — на світлочутливих плівці чи папері; у цифродрукувальних приладах — на паперовій стрічці.

Самописні прилади, потенціометри і мости не вирізняються швидкодією і призначені для запису величин, зміна яких проходить не більше, ніж на одне повне відхилення покажчика за одну секунду. Що ж до осцилографів, то їхня швидкодія значно більша і вони здатні реєструвати процеси, з частотою до кількох тисяч повних відхилень за одну секунду.

Реєструвальні прилади прямого перетворення і прямого відліку

Ці прилади (вони ще звуться самописними) маюті вимірювальний механізм, переважно феродинамічної чи магнітоелектричної системи, пристрої для писання та для пересування паперової стрічки. Прилади виконують як із безперервним, так і з точковим записом.

На рис. 3 зображено записи, зроблені реєструвальними приладами. Стрілками показано напрям руху стрічки або диска.

Прилади з феромагнітним вимірювальним механізмом мож­на використовувати для вимірювання і запису змінного і постійного струму, напруги, потужності.

У приладів з безперервним записом механізм для пи­сання складається з пера, виконаного у вигляді трубки, чор­нильниці й капіляра, що з'єднує перо з чорнильницею. Іноді чорнильницю з пером розміщують на кінці стрілки вимірювального механізму, як показано на рис. 4, а, але це суттєво збільшує момент інерції рухомої частини прила­ду, а разом з тим і її масу, отже й момент тертя у підп'ят­нику. В іншій конструкції (рис. 4, б) стрілку виконано скляною з капілярним каналом поздовж усієї стрілки і з не­рухомою чорнильницею, в яку занурено початок капіляра. Такий пристрій істотно не збільшує ні момент інерції, ні масу, але капіляр тут занадто довгий, що зменшує надійність пристрою.

Пристрій з нерухомою чорнильницею (рис. 4, в) пе­редбачає закріплення біля кінця стрілки лише короткого капіляра-пера, у якого початкову частину занурено у дуго­подібну нерухому чорнильницю, розташовану вздовж усьо­го кінця стрілки з капіляром. Такий пристрій також майже не впливає на величину моменту інерції і масу рухомої ча­стини приладу.

В усіх таких приладах перо, яким є звужений кінець капіляра, торкається рухомої паперової стрічки, на якій креслить залежність вимірюваної величини від часу, і разом з тим створює значний гальмівний момент, що діє на рухо­му систему. Саме через це реєструвальні прилади з безпе­рервним записом потребують від вимірювального механізму значно більшого обертового моменту, ніж звичайні (які не реєструють) прилади прямого відліку. Такий вимірюваль-ний механізм споживатиме у десятки разів більшу по­тужність, ніж подібний механізм звичайного приладу.

Рис. 3. Види запису на реєструва.чьних приладах:

а-на паперовій стрічці; б—на паперовому диску;

в – на фотоплівці чи фотопапері

 

Бажання зменшити вплив сил тертя на показання реєструвальних приладів спонукало до створення таких приладів з точковим записом (з дужкою, що падає). Прин­цип дії друкувального пристрою у такому приладі пояс­нюється на рис. 5. Запис залежності вимірюваної величи­ни від часу виконується на рухомій паперовій стрічці, але він робиться шляхом друкування окремих крапок через певні проміжки часу. Прилад цей має вимірювальний ме­ханізм з величиною обертового моменту, сумірною з мо­ментом звичайного (не реєструвального) приладу, бо більшу частину часу його вимірювальний механізм додатково нічим не перевантажений. Вимірювальний механізм цього реєструвального приладу має гнучку стрілку 1, яка вільно пересувається між піднятою кулачковим диском 6 рухомою дужкою 2 і друкувальною стрічкою 3. Диск 6 рівномірно обертається, і коли ролик 7 провалюється у заглиблення, що є на периферії диска б, дужка падає на стрілку 1 і при­тискує її до друкувальної стрічки 3, а цю стрічку — до ру­хомої паперової стрічки 4, перекинутої через гладкий неру­хомий стрижень 5.

 

 

Рис. 4. Пристрої для писання реєструвальних приладів: а — з рухомою чорнильницею; б—зі стрілкою-капіляром і нерухомою чорнильницею;

в—з нерухомою чорнильницею

При стискуванні друкувальної стрічки між стрілкою і цим стрижнем на паперовій рухомій стрічці відбивається крапка (чи короткий відрізок прямої лінії). Далі, коли ролик 7 знову підійметься (при виході на найбільший радіус диска б) і підійме дужку 2, стрілка 1 зно­ву буде вільною і буде показувати по шкалі тогочасне зна­чення вимірюваної величини. Час вільного переміщення стрілки 1 приладу набагато більший (у 10...15 разів), ніж час, коли вона притиснута дужкою 2 до друкувальної стрічки. Тому стрілка досить точно слідкує за зміною вимірюваної величини. Це гарантує достатню точність дру­кування крапок на паперовій стрічці. Завдяки тому, що вимірювальний механізм приладу з точковим записом спо­живає у багато разів меншу потужність, ніж механізм інших реєструвальних приладів, його можна використати для без­посереднього виміру і запису напруги термопар й інших перетворювачів неелектричних величин на електричні з ма­лою потужністю вихідного сигналу.

Рис. 5.Друкувальний пристрій реєструвального приладу з точковим записом

 

Прилади з точковим записом можна використовувати для вимірювання й запису кількох величин. Для цього у прилад вводять комутатор, що почергово перемикає вимірюваль-ВДй механізм на вимірювання у різних колах. Водночас, ок-ремим пристроєм пересувають друкувальну стрічку, що має поздовжні смуги різного кольору, призначені для запису кожної з вимірюваних величин точками різного кольору.

У стаціонарних реєструвальних приладах переміщення паперової стрічки виконується електричним приводом від синхронного електродвигуна, що механічно пов'язаний зі стрічкопротягувальним барабаном зубчастою передачею зі змінними зубчастими колесами. Це дає змогу встановлювати декілька швидкостей протягування цієї стрічки.

У переносних реєструвальних приладах переміщення паперової стрічки виконує пружинний привод, що заводиться вручну і на довгий час (як у годиннику). Але є переносні прилади і з електричним приводом стрічки.

Структурні схеми та характеристика цифрових засобів вимірювальної техніки.

Залежно від виду вимірюваних величин ЦВП діляться на

- вольтметри постійного та змінного струму;

- вимірювачі частоти та інтервалу часу;

- омметри та мости постійного та змінного струму;

- комбіновані прилади (мультиметри);

-вимірювачі потужності;

- фазометри;

- спеціалізовані ЦВП, призначені для вимірювання температури, витрати,

швидкостей, механічних напружень тощо.

Швидкодія ЦВП:

кількість вимірювань (для АЦП - перетворень) за одну секунду або час одного вимірювання (перетворення).

визначається здатністю оператора відраховувати покази, що змінюються.

Враховуючи інерційність людського зору, недоцільно створювати ЦВП із швидкодією більше ніж 10-12 вимірювань за секунду.

Переваги ЦВП:

Порівняно з аналоговими приладами :

висока швидкість,

широкий діапазон вимірювання,

висока швидкодія,

одержання результату у формі, зручній для використання у цифрових ЕОМ,

автоматизація вимірювання.

- висока швидкодія - до сотень мільйонів вимірювань за секунду, що об'єктивно вимагає використання засобів обчислювальної техніки для опрацювання результатів вимірювань;

- висока точність, яка, за умов наявності автоматичного калібрування і опрацювання результатів перетворень, може наближатися до точності робочих еталонів одиниць фізичних величин;

- відсутність суб'єктивних складових похибки відліку, наявність яких (при обмеженій довжині шкали) лімітує максимально можливу точність аналогових приладів;

- наявність кодового вихідного сигналу є зручним для його опрацювання, запам'ятовування, реєстрації і передачі на великі відстані без похибок та корекцією збоїв;

- можливість зменшення складових похибки вимірювального кола, в тому числі і систематичних, автоматичними калібруваннями і (або) уведенням поправок.

- можливість забезпечення високої завадостійкості перетворення аналог-код за допомогою цифрової фільтрації результатів перетворень;

- можливість визначення статистичних параметрів вимірюваних процесів на базі програмної реалізації відомих теоретичних математичних залежностей.

Недоліки ЦВП:

- складність

- порівняно висока вартість

- менша, ніж в аналогових приладів, надійність

- широке використання інтегральних схем для побудови ЦВП дає змогу зменшити вказані недоліки.

 

        Питання для самоконтролю

1.    Назвіть основні різновиди показувальних електромеханічних приладів.

2.    Реєструвальні прилади та їх характеристика.

3.    Цифрові прилади та їх характеристика.

4.    Структурні схеми та характеристика цифрових засобів вимірювальної техніки.