Аналоговые приборы выдачи информации. Из показывающих приборов в настоящей главе описаны приборы магнитоэлектрической, электромагнитной и электродинамический систем.
В измерительном устройстве эти приборы могут быть использованы либо для непосредственного отображения измерительной информации рис. 1, либо в качестве устройств, отображающих аналоговые значения преобразованных цифро-аналоговым преобразованием дискретных значений измеряемых величин.
Регистрируемые приборы, называемые самописцами, устанавливают в тех случаях, когда необходимо фиксировать изменение измеряемых величин во времени. Диаграммные записи наглядны при правильном выборе диапазона измерениям скорости перемещения бумаги они фиксируют существенные изменения измеряемых величин и являются надежным документом отражающим ход производственных процессов. В основном применяют точечные регистраторы и приборы с непрерывной записью, При повышенных требованиях к точности используют компенсационные регистраторы или устройства записи в координатах X Y координатные регистраторы. ПОКАЗЫВАЮЩИЕ ПРИБОРЫ В первую очередь к этой группе приборов относятся приборы с магнитоэлектрической системой, в которых жестко связанная со стрелкой поворотная рамка вращается в однородном поле постоянного магнита.
Возникающий при протекании тока по рамке крутящий момент отклоняет ее до тех пор, пока развиваемое возвратной пружиной усилие не уравновесит его. Шкала прибора строго линейна.
Направление отклонения стрелки зависит только от направления тока, так что нулевая отметка может находиться внутри шкалы. Минимально достижимые диапазоны измерения прецизионных приборов составляют примерно 0,3 мкА или 0,3 мВ, а для щитовых приборов 1 мкА или 10 мВ. Потребляемая мощность в наилучшее случае не превышает 1 мкВт. В электромагнитных приборах вращающийся железный сердечник, жестко связанный со стрелкой, и неподвижный сердечник намагничиваются полем охватывающей их катушки.
Под действием сил взаимного отталкивания возникает вращающий момент, уравновешиваемый усилием возвратной пружины. Подбирая форму сердечников и обмотки, можно обеспечить примерно линейную градуировку шкалы, хотя зависимость между током в катушке и развиваемым выталкивающим усилием квадратичная. Приборы электромагнитной системы измеряют эффективное значение тока и потому применимы для измерений как постоянного, так и переменного токов.
Минимально достижимые диапазоны измерений составляют 1 мА или 1,5 В. Потребляемая мощность 0,1 ВА. В приборах с поворотным магнитом плоский магнит, жестко соединенный с указателем, устанавливается в направлении результирующей полей, создаваемых неподвижной, обтекаемой током катушкой и устанавливающим магнитом. Шкала приблизительно линейна. Так как подвижный элемент не связан с токопроводящими проводами и не несет на себе возвратных пружин, он достаточно легок и виброустойчив.
Минимально достижимые диапазоны измерений составляют 400 мкА или 4 В. ТОЧЕЧНЫЕ РЕГИСТРАТОРЫ В точечных регистраторах свободно подвешенная стрелка задающая душка периодически прижимается к красящей ленте, установленной над диаграммной бумагой. Пишущая кромка образует хорду окружности, описываемой стрелкой измерителя, что обеспечивает достаточную линейность шкалы. Последовательность точек, образует линию, характеризующую значения изменения измеряемой величины.
Метод регистрации позволяет использовать высокочувствительные механизмы, с малой потребляемой мощностью, развивающих малый крутящий момент. При регистрации медленно изменяющихся величин регистратор может быть использован для многоточечной регистрации. Одновременно с переключением контролируемых точек смещается красящая лента, в результате чего отдельные кривые записываются разными цветами. Потребляемая мощность 10-7 Вт. ИЗМЕРИТЕЛИ И РЕГИСТРАТОРЫ С НЕПРЕРЫВНОЙ ЗАПИСЬЮ В регистраторах этого типа стрелка измерительного устройства жестко соединена с регистрирующим механизмом. Стрелка таких приборов должна обладать большей жесткостью, чем в точечных регистраторах, а измерительное устройство должно развивать большой крутящий момент, так как необходимо преодолеть трение между пером и бумагой.
Прямолинейная запись достигается при помощи эллиптического выпрямляющею механизма. В приборах с непрерывной записью стрелка снабжается пером с капилляром чернила подаются по тонкой трубке шлангу из специального баллончика.
Такое устройство позволяет запасать линию длиной до 4500 м потребляемая мощность 10-3 Вт, при наличии усилителя 10-7 10-9 Вт. Требуемую скорость перемещения бумажной ленты при известных колебаниях измеряемой величины можно определить по приведенным ниже данным Среднее время между изменениями измеряемой величины, с 90 30 15 6 3 1,5 0,5 Скорость перемещения бумаги, ммч 20 60 120 300 630 1200 3600 При выборе регистратора его чувствительность не всегда является ограничивающим фактором, поскольку существуют регистраторы со встроенными измерительными усилителями.
КОМПЕНСАЦИОННЫЕ РЕГИСТРИРУЮЩИЕ ПРИБОРЫ Часто точность регистрирующих приборов прямого преобразования оказывается недостаточной. В этих случаях применяют автоматические регистраторы компенсационного типа. Такие самопишущие приборы выпускаются с точечной записью на 6 или 12 точек измерения и с линейной записью на 1-6 точек измерения. Их принципиальная схема показана на рисунке 2. Рис 2. Входное напряжение Ux сопоставляется с выходным напряжением моста Уитстона Ur. При неравенстве этих напряжений возникает разность напряжений U, которая приводит в движение двигатель, перемещающий движок компенсирующего потенциометра P до момента изчезновения U . Одновременно с движком перемещается каретка с пером, регистрирующим измеряемую величину.
Минимальный диапазон измерения 1 мВ, достижимая точность 0,25. Подобные устройства позволяют представить измеряемые величины в виде функции времени.
При необходимости представления зависимости между значениями двух измеряемых величин применяют двухкоординатные регистраторы компенсаторного типа. Диапазоны измерения 0,1 0,3 1 3 10 мВ точность 0,25.