1.6.5. Автоматические мосты с регулирующими устройствами. Двухкоординатные автоматические самописцы

Автоматический прибор, в котором измерительным устройством сравнения является мостовая схема, называется автоматическим мостом. В измерительной мостовой схеме автоматического моста одно­временно выполняются две функции: преобразование изменения Δr_х в напряжение разбаланса ΔU_x в выходной диагонали моста и обратное преобразование выходной величины прибора α в изменение уравновешивающей величины Δr_к и в компенсирующее напряжение разбаланса ΔU_K. В уравнение равновесия уравновешенной мостовой схемы не входит напряжение питания моста.

Мостовая схема уравновешивается изменением сопротивления одно­го или двух плеч. В первом случае уравнение равновесия (рис. 1.29,а)

Рис.1.29. Измерительные мостовые схемы:

а — с изменением сопротивления в одном плече; б — с изменением сопротивлений двух смежных плеч; в — двухпроводная с низкоомным датчиком; г — двухпроводная с высокоомным датчиком; д—трехпроводная; е — симметричная четырехпроводная; ж—пятипроводная с двухсекцион­ным термометром сопротивления и индуктивно связанными плечами.

R(R_Θ+ΔR_Θ)=R₂(R_P-ΔR_P)

где R_p — регулируемое сопротивление реохорда.

Во втором случае при одновременном разнозначном изменении со­противлений в двух плечах моста (рис. 1.29,6) уравнение равновесия

[R_θ + ΔR_θ+ (R_P — ΔR_P)] R= R₂ (R₃ + ΔR_P).

Во втором случае чувствительность мостовой схемы к изменению сопротивления реохорда ΔR_p вдвое выше, так как изменение ΔR_p входит одновременно в левую и правую части уравнения с противопо­ложными знаками. Следовательно, для уравновешивания данного изме­нения Δ R_θ потребуется примерно вдвое меньшее изменение сопротив­ления реохорда A R_P, чем в первом случае.

В двухпроводной измерительной мостовой схеме с термопреобра­зователем сопротивления последний подключается к схеме двумя под­водящими проводами (рис. 1.29, в, г). В этом случае сопротивления обоих подводящих проводов 2r, изготовленных из меди, входят в одно плечо моста. При изменении температуры окружающей среды сопро­тивление подводящих проводов изменяется, равновесие моста нару­шается и в показаниях прибора возникает погрешность.

Уменьшение погрешности от влияния температуры на сопротивле­ния подводящих проводов достигается трехпроводной схемой включе­ния термопреобразователя сопротивления (рис. 1.29,д). В этой схеме сопротивления подводящих проводов входят в два прилежащих плеча моста, т. е в правую и левую части уравнения равновесия:

(r + R₂) (R₃ + ΔR_P) = R₄ (R_θ + ΔR₀ + r + R₅ + R_P — ΔR_P).

При одинаковом сопротивлении плеч моста при средней температу­ре измеряемого диапазона

θ_cp = (θ_min + θ_max)/2,

когда движок реохорда находится в средней точке, при изменении r равновесие моста не нарушится и погрешность не возникает. При поло­жении движка в других точках реохорда погрешность от одинаковых изменений r (провода прокладываются рядом) будет незначительна. Сопротивление третьего подводящего провода входит в питающую диа­гональ моста и поэтому при его изменении равновесие моста не нару­шается.

Мостовая схема питается переменным напряжением 6,3 В от накальной обмотки трансформатора. Иногда для уменьшения влияния переменных магнитных полей частотой 50 Гц мост и двигатель питают напряжением удвоенной частоты 100 Гц.

Линейность шкалы автоматического моста, т. е. получение урав­нения l= K∆R₀ обеспечивается включением термометра сопротивле­ния и реохорда в одно плечо моста (рис. 1.29,д).

Для уменьшения погрешности от самонагревания термопреобразователя сопротивления ограничивают мощность, выделяемую в термопреобразователе, тогда погрешность от его самонагрева не превышает 0,1 %

Для повышения чувствительности автоматического моста, работаю­щего в условиях высокого уровня переменных наводок, применяют питание моста постоянным напряжением, а в качестве усилителя не­компенсации применяют фотогальванометрический усилитель и ре­лейную схему для реверсивного управления двигателем.

Двухкоординатные автоматические самопишущие приборы предназначены для измерения и записи электрических величин (х1 и х2), связанных между собой функциональной зависимостью.

Измерение и запись осуществляются двумя следящими системами, работающими от входных сигналов х1 и х2. Регистрация зависимости x1=f(x2) может производиться на подвижной и неподвижной диаграммах.

В приборах с подвижной диаграммой перемещение пишущего устройства двигателем следящей системы в горизонтальном направлении пропорционально х1, а в вертикальном – х2. В тех случаях, когда запись осуществляется на неподвижной диаграмме, пишущее устройство перемещается в обоих направлениях (имеет две степени свободы). Структурная схема двухкоординатного автоматического прибора с неподвижной диаграммой изображена на рисунке 1.30.

Рис.1.30. Структурная схема двухкоординатного автоматического прибора с неподвижной диаграммой

В настоящее время широко распространены двухкоординатные приборы с неподвижной диаграммой (планшетные). Приборы изготавливаются согласно ГОСТ 24178 – 80 в различных вариантах (однопредельные и многопредельные, одноканальные и двухканальные и т.д.) и с различными по величине полями записи.

Двухкоординатные планшетные автоматические приборы выпускают предприятия отечественной промышленности и за рубежом. Технические характеристики отечественных приборов достаточно высоки. Так, например, двухкоординатный самопишущий прибор ЛКД4-003 имеет 15 масштабов измерения (от 0,1 мВ/см до 5 В/см) по каждой координате; в приборе предусмотрена временная развертка по обеим координатам, позволяющая производить регистрацию изменяющихся во времени величин. Погрешность измерения не превышает ±0,25; высокое входное сопротивление; поле записи – 250*400 мм.

Двухкоординатные приборы применяются для записи характеристик электронных ламп и транзисторов; петель гистерезиса; зависимостей различных неэлектрических значений, преобразованных в напряжение постоянного тока (температура от давления, деформация от силы и др.); для регистрации результатов с выхода аналоговых и цифровых вычислительных машин (в последнем случае предполагается наличие цифроаналогового преобразователя).