Автоматический компенсатор предназначен для измерения и регистрации на бумажном носителе сигналов от измерительных систем и датчиков, оснащенных выходом по напряжению постоянного тока.
Принципиальная схема прибора представлена на рис.2. Номера позиций основных узлов и блоков на принципиальной схеме совпадают с номерами элементов структурной схемы автоматического компенсатора напряжений, приведенной в задании №2.
Измеряемое напряжение Х подается на сигнальный вход схемы сравнения 1 и далее по цепи на вход усилителя мощности 2. В усилителе формируется управляющее напряжение, которое приводит в движение электродвигатель 3, причем частота вращения ротора и направление вращения соответственно зависят от уровня и полярности напряжения входного сигналаХ. Вращение электродвигателя через зубчатый редуктор 4 передается на механизм перемещения пера записывающего устройства 5. Этот механизм выполнен на основе передачи с гибкой связью, в которой применяется стальной тросик, установленный на шкивах. К одной из ветвей гибкой связи закреплен узел пера записывающего устройства, который перемещается по прямолинейной направляющей, расположенной перпендикулярно направлению движения диаграммной бумаги. Узел пера оснащен датчиком перемещения (положения) 7 на основе реохорда, установленного параллельно траектории движения узла пера и скользящей по реохорду контактной щетки. Реохордный преобразователь включен в цепь обратной связи по положению узла пера. По изменению сопротивления в плечах реохорда в блоке сравнения 1 формируется компенсирующее напряжение (равное по значению и противоположенное по знаку входному сигналу Х), которое уравновешивает систему. При этом сигнал на выходе схемы сравнения и управляющее воздействие усилителя мощности на двигатель стремятся к нулю. Двигатель останавливается, узел пера занимает положение на диаграмме, соответствующее измеренному сигналу Х.
Для уменьшения погрешностей, вызываемых несовершенством динамических характеристик электродвигателя, инерционностью элементов механической системы при реверсивном режиме работы, действия сил трения в автоматическом компенсаторе напряжения применяется еще одна цепь обратной связи 6. К валу электродвигателя присоединен тахогенератор 6, вырабатывающий переменное напряжение, пропорциональное частоте вращения вала. Это напряжение подается в схему сравнения и служит для формирования дополнительного воздействия, учитывающего особенности работы электродвигателя в режимах разгона и замедления.
На таком принципе действия построены широко распространенные системы КСП-4, КСТ и т.п., которые применяются для регистрации различных физических величин (сил, температур, давлений, деформаций и т.п.). Широкий диапазон выбора скорости движения диаграммы (от десятков миллиметров в час до сотен миллиметров в минуту) позволяет применять эти системы для регистрации медленных и быстропротекающих процессов.
Таблица 1
Варианты задания №1
№№
вариантов
Схема
преобразователя
Расчетная функция
преобразования (РФП)
Номинальная функция
преобразования (НФП)
или ее параметры
Прочие
данные
Метод
приближения
Искомые
величины
Мостовая схема
R2, R3, R4 – сопротивления
пассивных плеч моста,
RX– измеряемое
сопротивление,
Е – напряжение питания
моста,
U – выходное напряжение
DR= 1000 Ом;К= 0,0005 В/Ом ,RX0= R0,dx=1%
равномерное
приближение
R0 , E,выражение для НФП
DR= 500 Ом;К= 0,002 В/Ом ,RX0= R0,dx=2%
приближение в среднем
квадратическом
R0 , E,выражение для НФП
Таблица 1
(продолжение)
Варианты задания №1
Схема делителя
R0 – постоянное сопротивление,
RX – измеряемое сопротивление,
Е – напряжение питания моста,
U – выходное напряжение.
DR= 2000 Ом;К= 0,001 В/Ом ,RX0= 4000 Омdx=5%
приближение в среднем
квадратическом
R0 , E,
выражение для НФП
DR= 1000 Ом;К= 0,002 В/Ом ,RX0= 2000 Омdx=4%
равномерное
приближение
R0 , E,
выражение для НФП
Схема делителя
R0 – постоянное сопротивление,
RX – измеряемое сопротивление,
Е – напряжение питания моста,
U – выходное напряжение.
C - емкость между пластинами преобразователя,
S - площадь пластин,
d – диаметр пластин,
а - расстояние между пластинами при положении штока в середине диапазона измерения
ε0 - диэлектрическая постоянная
С – емкость между коаксиальными цилиндрическими электродами преобразователя,
ХС – емкостное сопротивление,
f – частота напряжения питания,
d – диаметры цилиндров (приблизительно одинаковые),
L – длина перекрытия цилиндрических электродов в середине диапазона измерения,
Δ– диаметральный зазор между цилиндрическими электродами
где:
L – индуктивность катушки,
w – число витков,
l – средняя длина силовых линий в магнитопроводе (пунктир на рисунке),
S – площадь сечения магнитопровода,
μ0 – магнитная постоянная,
μст – магнитная проводимость материала магнитопровода,
x – длина воздушного зазора (измеряемое перемещение).
K=0,04 Г/ммDХ =0,4 ммх0 =0,3 ммδх=5%
μ0=4π.10 -10 Гн/ммμст =70S=50 мм 2
приближение в среднем квадратическом
l, w,выражение для НФП
K=0,02 Г/ммDХ =0,5 ммх0 =0,5 ммδх=7,5%
μ0=4π.10 -10 Гн/ммμст =50S=60 мм 2
равномерное приближение
l, w,выражение для НФП
Lн =0,4 - 0,4х, гдех – в мм, Lн – в ГDХ =0,4 ммδх=7,5%
μ0=4π.10 -10 Гн/ммμст =100S=50 мм 2
равномерное приближение
l, w, х0
Lн =0,15 - 0,1х, гдех – в мм, Lн – в ГDХ =0,4 ммδх=5%
где:
P0– давление питания,
P – выходное давление,
μ1, μ2 – коэффициенты истечения для входного и измерительного сопел,
F2=πd2x – площадь истечения воздуха из измерительного сопла,
F1=πd12/4 – площадь истечения из входного сопла,
d1, d2 – диаметры входного и измерительного сопел,
x – длина зазора (измеряемое перемещение).
где:
M – взаимная индуктивность обмоток,
w1 и w2– числа витков обмоток,
l – средняя длина силовых линий в магнитопроводе (пунктир на рисунке),
S – площадь сечения магнитопровода,
μ0 – магнитная постоянная,
μст – магнитная проводимость материала магнитопровода,
x – длина воздушного зазора (измеряемое перемещение).
K=0,1 Гн/ммDХ =0,4 ммх0 =0,5 ммδх=0,05
μ0=4π.10-10 Гн/ммμст =100S=50 мм 2w1=2000 витков
равномерное приближение
l, w2
Mн =0,1 - 0,2х, гдех – в мм, Mн – в Гн,DХ =0,2 ммδх=0,1
где:
ΔM – разность взаимных индуктивностей 3, 4 и 3', 4',
w3, w4 – числа витков обмоток,
l1, l2 – средняя длина силовых линий в магнитопроводах (обозначены пунктиром на рисунке),
S – площадь сечения магнитопровода и якоря,
μ0 – магнитная постоянная,
μст – магнитная проводимость материала магнитопровода,
x – длина воздушного зазора (измеряемое перемещение).
х0 – длина начального зазора между сердечниками и якорем в середине диапазона измерения
ΔM=0,2 x,(x – в мм, ΔM – в Гн),DХ =0,4 мм,х0 =0,3 мм,δx=1%
μ0=4π.10-10 Гн/мм,μст =150,S=50 мм2
равномерное приближение
l, w3=w3'=w4=w4'
ΔM=0,5 x,(x – в мм, ΔM – в Гн),DХ =0,8 мм,х0 =0,7 мм,δx=2%
ΔС= С1 - С2=C1, С2 – емкости между пластинами 1, 2 и 1', 2¢,ε0 – диэлектрическая постоянная,
S1, S2 – площади пластин диаметром d,
х0 – начальный зазор между пластинами в середине диапазона измерения.
ХС– емкостные сопротивления,C1, С2 – емкости между коаксиальными цилиндрическими электродами 1, 2 и 1¢', 2¢,ε0 – диэлектрическая постоянная,
f – частота напряжения питания,
d – диаметры цилиндрических электродов,
L – длина перекрытия электродов в середине диапазона измерения,
Δ – диаметральный зазор между электродами.
P0 – давление питания,
P1, P2– измерительные давления,
μ1, μ2 – коэффициенты истечения,
F2=πd2z – площадь истечения из измерительного сопла 1,
F2'=πd2'z – площадь истечения из сопла 1',
F1=0,25πd12– площадь истечения воздуха из сопел 2 и 2',
d2=d2', d1 – диаметры сопел 2, 2' и 1, 1'z0 – начальный зазор между торцами сопел и заслонкой в середине диапазона измерения.
ΔPн=40 x, (х – в мм, ΔP – в кПа,)DХ =0,06 мм,х0=0,08 мм,δx=2 %
d2=2 мм,
приближение в среднем квадратическом
P0, d1
K=20 кПа·мм-1,DХ =0,1 мм,х0=0,1 мм,δx=1 %
d2=1,5 мм,
равномерное приближение
P0, d1
Таблица 1
(продолжение)
Варианты задания №1
4
5
6
7
Струнный преобразователь
струна сечением b·h преобразует растягивающее усилие F в частоту f собственных свободных колебаний
где m – масса струны,
l –длина струны,
f – частота собственных свободных колебаний струны.
K=200 Гц·Н -1,DХ =1 Н,δх =0,02
ρ=8,5 г·мм-3 – плотность материала струны,l=40 мм,b=10h
равномерное приближение
F0, h, b, выражение для НФП
K=100 Гц·Н -1,DХ =5 Н,δх =2 %
ρ=8,5 г·мм-3 – плотность материала струны,l=40 мм,b=10h
приближение в среднем квадратическом
F0, h, b, выражение для НФП
Дифференциальный струнный преобразователь
1, 2 – струны сечением b·h преобразуют силу F в частоты их собственных свободных колебаний
где
F0 – начальное натяжение струн;
F- измеряемая сила;m- массы струн;
l –длина струн;
f1, f2 – частоты собственных колебаний струн;
K=400 Гц·Н -1DХ =1 Н,δх =0,1%
ρ=8,5 г·мм-3 – плотность материала струны,l=40 мм,b=10h
приближение в среднем квадратическом
F0, h, b, выражение для НФП
K=200 Гц·Н -1DХ =5Н,δх =0,2%
ρ=8,5 г·мм-3 – плотность материала струны,l=40 мм,b=10h
равномерное приближение
F0, h, b, выражение для НФП
Таблица 1
(продолжение)
Варианты задания №1
1
2
3
4
5
6
7
Емкостной преобразователь в колебательном контуре
С – емкость емкостного преобразователя, зависящая от измеряемого перемещения,
L – индуктивность катушки.