Будова, принцип дії реєструючих приладів. Прилади прямої дії зі слідкуючим врівноваженням. Види діаграмних стрічок самописців.

У практиці електричних вимірювань часто необхідно знати не тільки значення ви­мірюваної величини в певний момент часу чи її інтегральну характеристику, але й ха­рактер зміни її миттєвого значення або залежність від іншої величини. Для цього вико­ристовують реєструючі прилади.

У складі будь-якого реєструючого приладу є два основні елементи: вимірю-вальний пристрій і вузол, що формує діаграму запису.

Рід або тип запису відносить прилад до одного із трьох видів:

1. група приладів безперервної дії;

2. група приладів переривчастої дії, також їх називають дискретними;

3. група цифродрукуючих приладів.

За методом вимірювання реєструючі прилади поділяються на:

• прилади для порівняння;

• прилади для безпосередньої оцінки.

В основному реєструючі вимірювальні прилади реєструють величини по тимчасовій функції, іноді їх особливий вид — двокоординатні прилади — порівнюють дві вимірювані величини без тимчасової залежності.

Структурна схема реєструючого приладу має вигляд

ВК – вимірювальне коло; ВМ – вимірювальний механізм; ВП – відліковий пристрій; РП – реєструючій пристрій.

На вхід ВК подається електрична величина Х. Якщо необхідно реєструвати зміну будь-якої неелектричної величини, то в цьому випадку перед реєструючим приладом необхідно включити відповідний первинний перетворювач, який буде перетворювати контролюючу неелектричну величину в електричну.

Вимірювальне коло перетворює електричну величину Х в струм I, достатній для приведення в дію вимірювальний механізм. Кут повороту рухомої частини вимірювального механізму ВМ перетворюється в переміщення вказівника по шкалі приладу в відліковому пристрої ВП й в переміщення реєструючого органу відносно носія в реєструючому пристрої РП.

Реєструючі прилади прямого перетворення будуються на базі показуючих приладів, додатково оснащених реєструючим пристроєм, який складається із реєструючого органа та носія зображення. Реєструючий орган (здебільшого перо спеціальної конструкції з чорнилом) ме­ханічно з'єднаний з вказівником приладу і його переміщення, що фіксується у вигляді діаграми на носієві зображення, відповідає куту повороту рухомої частини ВМ. Переміщення носія зображення (папір у вигляді диска або циліндра) здійснюється здебільшого від електродвигуна.

Конструктивно реєструючі пристроїрізні, але всім їм властивий спільний недолік - переміщення реєструючого органа по носію викликає додатковий момент тертя. Для його зменшення використовують точковий запис. У таких приладах стрілка вільно переміщується над носієм зображення. Спеціальна дужка, яка піднімається за допомогою кулачкового механізму, періодично падає на стрілку і притискаєїї разом з фарбувальною стрічкою до паперу.

До швидкореєструючих приладів належать світлопроменеві осцилографи. Як вимірювальний механізм таких приладів використовують магнітоелектрич-ний гальванометр з рухомою рамкою у вигляді петлі (один виток) - це петлеві осцилографічні гальванометри, або у вигляді рамки з великою кількістю витків (рамкові осцилографічні гальваномет­ри), Рамкові осцило-графічні гальванометри чутливіші, ніж петлеві, для повного відхи­лення рухомої частини споживають лише декілька міліампер, але вони інерційніші. Практично всі сучасні осцилографічні гальванометри мають світлопроменеву реєстрацію, світловий промінь відбитий від дзеркальця, закріпленого на рухомій час­тині, реєструється або на звичайному фотопапері з наступним хімічним проявленням, або на спеціальному фотопапері, чутливому до ультрафіолетового випромінювання.

Точність реєструючих приладів прямого перетворення часто буває недостат­ньою. В таких випадках використовують автоматичні реєстратори компенсаційного типу, до них відносяться вимірювальні мости та вимірювальні компенсатори.

Мостові схеми застосовуються для вимірювання параметрів електричних кіл та для вимірювання неелектричних величин сумісно з параметричними вимірювальними перетворювачами.

Мостове коло – це електричне коло, в якому можна виділити два розгалуження опорів, значення між якими дорівнює нескінченості при відповідному співвідношенні параметрів елементів кола і скінченому значенню, якщо це співвідношення не виконується. Засіб вимірювання, в основу якого покладене мостове коло, має назву вимірювальний міст.

Два варіанти схеми порівняння для пасивних перетворювачів, відомих під назвою "мостових" наведено на рис 2: зрівноважена (а) і незрівноважена (б). Умовою рівноваги мостової схеми є рівняння

r₁r₃=r₂r₄ (2.3)

У цьому разі потенціали точок С і D однакові, тому у вимірювальній діагоналі СD показання приладу дорівнює нулю. При змінах значень r₁ треба , відповідно змінюючи r_2, знову досягти рівноваги, після чого обчислити шукане значення r₁ за формулою

r₁ = r₂ (r₄/r₃) (2.4)

Результат вимірювання r₁ не залежить від коливань напруги живлення U, і це - істотна перевага такої схеми

Рис.2 - Мостова вимірювальна схема

Мостову схему можна використовувати й інакше: при змінах r₁ не зрівноважувати схему, а вимірювати струм нерівноваги, який при незмінності r₂, r₃ i r₄ залежить від r₁ (а також від коливань U, що є недоліком такої незрівноваженої схеми.=).

Для дистанційного передавання механічних переміщень (лінійних, кутових) використовуються системи синхронного зв'язку та слідкуючі системи.

Принцип дії вимірювальних компенсаторів полягає у компенсації (протиставленні) двох спрямованих назустріч фізичних величин, одна з яких вимірювана, а інша – зразкова (рис 3).

Електрорушійна сила е_t термопари порівнюється з відомою напругою ΔU, знятою з подільника напруги, який з'єднаний з джерелом зі стабільною напругою U_ст. Змінюючи напругу ΔU, треба зрівняти її зі значенням е_t; тоді потенціали в точках А і В дорівнюватимуть один одному, і гальванометр покаже нуль. Значення ΔU, що дорівнює е_t (саме е_t, оскільки в момент вимірювання струму немає), можна визначити за шкалою. Прилад побудований на основі компенсаційної схеми , називається потенціометром.

Рис 2 - Компенсаційна схема

Рис.4 – Класифікація вимірювальних мостів та компенсаторів

Методи реєстрації

У самописних приладах широко використовується запис чорнилом на діаграмному папері. У осцилографах застосовують запис на фотоплівці і фотопапері. Є спеціальний фотопапір, на якому видиме зображення отримують без попереднього процесу прояви, але при цьому потрібно джерело з ультрафіолетовим випромінюванням. Для реєстрації застосовують також спеціальнооброблені матеріали, зокрема папір, що дозволяють під дією електричного струму отримувати видимі зображення. Зараз все ширше використовують магнітнийзапис на магнітній стрічці чи магнітномубарабані. Перевага такого запису полягає у великій щільності запису, широкому частотному діапазоні, в можливості повторного використання носія інформації, зручність обробки даних на ЕОМ. Однак для отримання видимого зображення кривих реєстрованих величин потрібна додаткова обробка – запис за допомогою приладів, що дають видиме зображення.

Види запису інформації на самописних приладах: а,в – стрічковий носій, б – коловий носій

Класи точності самописних приладів нормуються у вигляді зведеної похибки і лежать у межах від 1,5 до 4,0, причому границі основної допустимої похибки нормуються окремо для вимірювання фізичної величини, запису її значень та для запису часу.

1. З яких основних вузлів складається реєструючий прилад?

2. Як виконується запис у осцилогрофах?

3. Як поділяються прилади за методом вимірювання?