Измерительный компенсатор переменного тока

Могут быть с ручным и автоматическим уравновешиванием.

Принцип действия: измеряемая ЭДС (напряжение) уравновешивается известным напряжением, создаваемым рабо­чим током на участке рабочей цепи.

Для уравновешивания двух напряжений переменного тока необходимо равенство этих напряжений по модулю, противопо­ложность по фазе, равенство частоты и идентичность формы кривой. Первые три условия можно обеспечить путем выбора принципиальной схемы компенсатора и питания исследуемой це­пи и компенсатора от одного источника. Последнее условие обес­печивается дополнительными мерами.

В качестве нуль-индикаторов, так же как и в мостах перемен­ного тока, применяют вибрационные гальванометры, электронно­лучевые нуль-индикаторы или усилители с выпрямительными приборами на выходе.

При помощи компенсаторов переменного тока можно изме­рять напряжения и ЭДС переменного тока и косвенно ток, сопро­тивление, магнитный поток и другие величины. Компенсаторы переменного тока позволяют определять не только модули вели­чин, но и их фазу.

Компенсаторы переменного тока по точности измерений зна­чительно уступают компенсаторам постоянного тока. Это объяс­няется главным образом тем, что не существует меры ЭДС пе­ременного тока, аналогичной нормальному элементу.

Автоматические компенсаторы

Измерительные компенсаторы, у которых процесс компенсации производится автоматически, называются автоматическими компенсаторами.

Измерительные компенсаторы предназначены для измерения электрических и неэлектрических величин, чаще всего применяют для измерения температур.

Автоматические компенсаторы бывают с полным и неполным уравновешиванием.

Автоматический компенсатор постоянного тока:

Схема чаще всего применяется в потенциометрах и может быть снабжена регистрирующим устройством.

Измеряемая ЭДС E_Х компенсируется напряжением в диагонали б-г. Если измеряемое ЭДС и значение компенсирующего напряжения U_б-г в диагонали б-г скомпенсированы, то на усилитель У сигнал не поступает и ротор двигателя остается неподвижным. Если же E_Х не компенсируется напряжением U_б-г, то на вход усилителя поступает сигнал, который усиливается и подается на реверсивный двигатель, ротор которого начинает вращаться и перемещает подвижный контакт резистора R_Т в сторону достижения компенсации двух величин. Одновременно ротор двигателя связан с указателем отсчетного устройства, как только E_Х компенсируется напряжением U_б-г, то ротор двигателя перестает вращаться и по положению контакта R_Т и по показанию отсчетного устройства можно судить о значении измеряемой величины.

Используют стабилизированные источники питания.

Автоматический компенсатор переменного тока

Значительно сложнее, чем компенсаторы постоянного тока. Основное назначение: исследование маломощных цепей переменного тока.

Регистрирующие приборы

Регистрирующие приборы – приборы, в которых предусмотрена автоматическая регистрация измерительной информации, поступающей на вход прибора, на материальном носителе.

Регистрирующие приборы позволяют:

- измерять изменение измеряемой величины во времени

-установить функциональную зависимость между двумя или несколькими измеряемыми величинами.

Регистрирующие приборы делятся на 3 группы:

1. Самопищущие

2. Осциллографы (светолучевые)

3. Магнитографы

Регистрация осуществляется на материальном носителе.

Регистрация – это представление измерительной информации в форме видимых или скрытых изображений, размещенных на специальном материальном носителе.

В качестве материального носителя могут быть:

- диаграммная лента

- свето- и фоточувствительная бумага

- магнитная лента

- диаграмные диски

- бумага со слоем воска, сажи или лака

3 способа регистрации:

1. нанесение слоя вещества на материальный носитель;

2. снятие слоя вещества с материального носителя;

3. изменение физико-химического состояния слоя материального носителя.

Нанесение слоя вещества на материальный носитель

Преимущества метода:

1. долговечность документов регистрации

2. возможность визуального наблюдения за процессом регистрации

3. удобный и дешевый материальный носитель

Способы реализации такой регистрации: запись чернилами, пастой или печатаньем.

Запись чернилами

Регистрирующий орган – перо с чернильницей (капилляр из нержавеющей стали).

Основной недостаток – в капилляре засыхают чернила при длительном простое.

Достоинства записи чернилами:

1. хорошее качество следа на материальном носителе

2. большая продолжительность работы без перезарядки

3. долговечность регистрирующего органа

4. незначительное воздействие со стороны регистрирующего органа на подвижную часть измерительного механизма

Недостатки:

1. потребность в специальных незасыхающих чернилах

2. спарение этих чернил

3. засорение внутреннего отверстия регистрирующего органа

4. относительно большая ширина следа, оставляемого на бумаге

Запись чернилами применяется в быстродействующих приборах с магнитоэлектрическим или электромагнитным ИМ.

Регистрирующие приборы с регистрацией чернилами могут быть:

1. одноканальными

2. многоканальными.

Запись пастой

Если при регистрации необходима кол-венная оценка регистрируемого параметра, то применяют регистрирующие приборы с регистрирующим органом в виде пасты в шариковом устройстве, либо пасты под давлением.

Недостаток: возможность засыхания пасты в шарике

Чтобы устранить этот недостаток применяют регистрирующий орган, в котором паста подается под давлением с помощью миниатюрного компрессора.

Недостаток: наличие компрессора усложняет конструкцию и утяжеляет регистрирующий орган.

Запись печатаньем

Применяют в чувствительных приборах с небольшим вращающим моментом.

Недостатки:

1. потеря непрерывности линии регистрации

2. сложная конструкция регистрирующего органа

3. высокая стоимость

Преимущество:

- отсутствие трения между регистрирующим органом и материальным носителем, что позволяет снизить погрешность и мощность, потребляемую средством из-я.

- Регистрация печатанием позволяет осуществить запись нескольких функциональных зависимостей одновременно на одном матер. носителе.

Снятие слоя вещества с материального носителя

Регистрирующий орган - стальная игла, резец или стержень, нагретые током. Материальный носитель – бумага, покрытая слоем сажи, воска или лака.

Недостатки:

1. значительное трение между материальным носителем и регистрирующим органом

2. дополнительные затраты энергии на нагрев регистрирующих органов

3. высокая стоимость материального носителя

4. недолговечность материального носителя

Изменение физико-химического состояния слоя материального носителя

Чаще всего в виде тепловой регистрации. Материальный носитель - специальная термочувствительная бумага. Регистрирующий орган – тепловой луч.

Преимущества:

- безинерционность регистрирующего органа

- отсутствие механического трения между регистрирующим органом и материальным носителем.

Недостаток:

- высокая стоимость материального носителя.

- в некоторых случаях дополнительная обработка мат. носителя

Конструктивно регистрирующие приборы выполняют по двум схемам:

1. прямого преобразования (самопишущие приборы и светолучевые осциллографы);

2. уравновешивающего преобразования (автоматические самопишущие мосты и потенциометры).

По схеме прямого преобразования строится большинство самопишущих приборов, светолучевые осциллографы и магнитографы.

1. Структурная схема регистрирующего прибора прямого преобразования

Магнитоэлектрические измерительные механизмы применяют в самопишущих вольтметрах и амперметрах, предназначенных для работы в цепях постоянного тока. Ферродинамические измерительные механизмы используют в самопишущих приборах для цепей пе­ременного тока: в вольтметрах, амперметрах, ваттметрах.

В случае регистрации неэлектрических величин в схему необходимо добавить первичный преобразователь ПП, который будет преобразовывать неэлектрическую величину в электрическую.

2. Структурная схема регистрирующего прибора уравновешивающего преобразования

По схеме уравновешивающего преобразования строят более сложные регистрирующие приборы, автоматические мосты и компенсаторы (потенциометры). Эти приборы применяют для измерения и регистрации неэлектрических величин.

В структурную схему входят:

У – усилитель некомпенсации

Д –реверсивный двигатель

Р – редуктор

МП – механическая передача

РУ – регистрирующее устройство

УУ – уравновешивающее устройство

Хос – величина обратной связи.

Выходная величина прибора – это угол поворота двигателя или редуктора.

По динамическим характеристикам регистрирующие приборы уравновешивающего преобразования делятся на две группы:

1. приборы со статической характеристикой

2. приборы с астатической характеристикой

Структурная схема регистрирующего прибора со статической характеристикой:

ОП – обратный преобразователь;

СП – самопишущий прибор.

В статических уравновешивающих приборах при постоянном входном воздействии разность между измеряемой величиной X и величиной обратной связи X_ОС стремится к конечному значению, которое зависит только от значения измеряемой величины. В таких приборах происходит не полное, а лишь частичное уравновешивание.

Степень некомпенсации измеряемой величины величиной ОС называется статизмом:

,

где β – коэффициент обратного преобразования

K – коэффициент прямого преобразования

Выходной величиной замкнутой части прибора является напряжение или ток.

Приборы по сравнению с приборами прямого преобразования обладают высокой точностью.

Структурная схема регистрирующего прибора с астатической характеристикой:

В регистрирующих приборах с астатической характеристикой при постоянном входном воздействии разность между измеряемой величиной X и величиной обратной связи X_ОС стремится к 0 (ΔX→0) вне зависимости от измеряемой величины.. К ним относят потенциометры для измерения напряжения в цепях постоянного тока и для измерения температуры (КСП), а так же уравновешенные мосты для измерения температуры; миллиамперметры и милливольтметры.