книги / Теплотехнические измерения и приборы

4-20. Основные сведения об усилителях

В автоматических потенциометрах применяются усилители пере­ менного тока, снабжаемые входным устройством для преобразо­ вания напряжения небаланса постоянного тока, поступающего с измерительной схемы прибора на вход его, в напряжение перемен­ ного тока частотой 50 Гц. Входное устройство таких усилителей состоит из вибропреобразователя и входного трансформатора.

Усилители переменного тока, применяемые в автоматических уравновешенных мостах (гл, 5), снабжаются только входным транс­ форматором.

Входное устройство усилителей служит одновременно для согла­ сования с помощью входного трансформатора сопротивления изме-

Рис. 4-20-1. Структурная схема усилителя.

рительной схемы прибора с сопротивлением усилителя напряжения и в некоторых случаях для гальванической развязки измерительной схемы от «земли». Такие важные показатели усилителя, как помехо­ устойчивость и уровень внутренних шумов, в основном определяется входным устройством.

В автоматических потенциометрах и других вторичных приборах прежних разработок, применяющихся в различных отраслях про­ мышленности, использовались электронные ламповые усилители типа УЭУ (или УЭ) и УЭМ (или УМ). В приборах новых разработок типа КПП, КСП и других, выпускаемых в настоящее время, приме­ няют полупроводниковые усилители типа УПД, а в некоторых моди­ фикациях этих приборов используются электронные ламповые уси­ лители УЭД.

На рис. 4-20-1 показана структурная схема усилителя, состоя­ щего из следующих элементов: 1 — входного устройства; 2 — усилителя напряжения; 3 — усилителя мощности; 4 — реверсивного двигателя (нагрузка усилителя); 5 — силового трансформатора; 6 — выпрямителя; ОС — устройства отрицательной обратной связи. Обратная связь в усилителе позволяет обеспечить заданные динами­ ческие свойства прибора.

напряжения, усилитель мощности (выходной каскад), силовой транс­ форматор Тр, выпрямитель (Д2—Д5) и переходный трансформатор ПТр. Нагрузкой усилителя является обмотка управления ревер­ сивного двигателя РД-09, шунтированная конденсатором емкостью 1 мкФ.

Питание усилителя осуществляется от сети переменного тока частотой 50 Гц, напряжением 220 В. Мощность, потребляемая уси­ лителем из сети, не превышает 25 В-А.

Усилитель напряжения содержит три унифицированных каскада усиления напряжения, выполненных на двойных триодах с большим коэффициентом уси­ ления типа 6Н2П ( J li и Л 2). Каскады усиления напряжения работают с автомати­ ческим смещением. Левая и правая половины лампы Л 2 включены параллельно, образуя третий каскад усиления напряжения.

Для снижения сеточного тока при перегрузках 3-го каскада усилителя по входному напряжению в сеточную цепь лампыЛ 2 введен ограничительный резис­ тор R e.

В усилителях типа УЭД применен однотактный выходной каскад усиления мощности, выполненный на лучевом тетроде 6П1П. Поскольку выходной каскад питается пульсирующим током частотой 100 Гц, то в выходномсигнале и в обмотке управления реверсивного двигателя РД-09 появляется небольшая постоянная составляющая напряжения.

Усилитель мощности и третий каскад усиления напряжения охвачены отри­ цательной обратной связью (резисторы R 3 и R 3). Сигнал обратной связи зависит от частоты вращения ротора реверсивного двигателя, включенного на выходе усилителя, и его значение можно изменять с помощью переменного резистора R B. Это позволяет воздействовать на процесс успокоения всей следящей системы при­ бора. Для получения э. д. с., пропорциональной частоте вращения ротора ревер­ сивного двигателя, в выходной блок усилителя введен тахометрический мост.

состоящий из резисторов R$ *— R e и конденсаторов С* и С2. Управляющая обмотка реверсивного двигателя также является одним из плеч этого моста, а конденса­ тор С3, шунтирующий эту обмотку, включен в диагональ его. Тахометрический мост настроен на частоту 50 Гц и рассчитан так, что балансировка его не нару­ шается и на остальных частотах в пределах всей полосы пропускания усилителя.

Благодаря наличиютахометрического моста в цепь обратной связи поступает в основном напряжение с управляющей обмотки двигателя, а напряжение, имею­ щееся на выходе усилителя, в значительной степени подавляется. Для гальвани­ ческой развязки по постоянному току в каскаде усилителя мощности применен переходный трансформатор П Т р с соотношением витков в обмотках 2:1. Этот трансформатор, выполненный на пермаллоевом сердечнике, имеет большое вход­ ное сопротивление, что позволяет уменьшить нагрузку тахометрического моста.

При правильной настройке усилителя указатель прибора при ступенчатом изменении сигнала на входе должен устанавливаться на новом значении, сделав не более двух полуколебаний возле нового положения равновесия, а размер пер­ вого выброса не должен превышать 1% длины шкалы. При настройке усилителя прибора пользуются регулятором чувствительности (усиления) /?4 и регулируе­ мым резистором обратной связи R B. При регулировке успокоения указателя по­ тенциометра необходимо руководствоваться заводской инструкцией.

Обмотка У П (зажимы 1 и 4) силового трансформатора Т р служит для пита­ ния измерительной схемы прибора.

Ниже приведены основные технические характеристики усили­ телей УЭД1-03 и УПД1-03:

Под порогом чувствительности усилителя понимается напря­ жение, численно равное алгебраической полуразности минималь­ ных напряжений на входе, при которых усилитель отдает реверсив­ ному двигателю 0,05 номинальной выходной мощности при поло­ жительном и отрицательном знаках нагрузочного момента на валу двигателя. Под выходной мощностью усилителя понимается мощ­ ность, создающая вращающий момент на валу двигателя, при напря­ жении на входе, равном 50-кратному порогу чувствительности*

Уровень внутренних шумов основной частоты, приведенный ко входу усилителя (смещение нуля), есть напряжение, численно рав­ ное алгебраической полусумме минимальных напряжений на входе, при которых вал двигателя без нагрузки начинает вращаться в одну или другую сторону от положения равновесия в зависимостиют раз­ мера и фазы подаваемого на вход компенсирующего напряжения.

Усилители полупроводниковые. Усилители полупроводниковые, применяемые в автоматических потенциометрах типа КСП, имеют шифр УПД1, а в автоматических уравновешенных мостах типа КСМ, шифр УПД2.

На рис. 4-20-5 показана принципиальная электрическая схема полупро­ водникового усилителя типа УПД1-03, состоящего из следующих узлов: входного устройства, усилителя напряжения, усилителя мощности и источника питания. Нагрузкой усилителя является обмотка управления реверсивного двигателя РД-09П2 (РД).

Усилитель напряжения состоит из пяти каскадов. Первые четыре каскада выполнены на транзисторах Т г— Т А (МП41А) по схеме с общим эмиттером и раз-

Рис. 4-20-5. Принципиальная схема полупроводникового усилителя типа УПД1-03.

биты на две группы, связанные между собой через конденсатор связи С3. Пятый каскад выполнен по схеме составного эмнттерного повторителя с применением транзисторов различного типа проводимости (Т 6 — МП25Б, Т е — МП37Б). Пита­ ние каскадов усилителя напряжения осуществляется от двухполупериодного выпрямителя, выполненного на диодах Д4—Д6(Д226Б). Стабилизация напряже­ ния производится с помощью стабилитронов Д \ (Д814Б), Д г и Д 3 (Д814Д).

Регулируемый резистор /?10 служит для регулировки чувствительности (усиления) усилителя, а резистор Д ц является регулятором обратной связи, сигнал которой в приборах с временем прохождения указателя всей шкалы более 2,5 с поступает непосредственно с выхода усилителя (через ограничительный ре­ зистор R 0.c = 75 кОм), а в приборах с временем прохождения указателя всей шкалы 2,5 с и менее — с выхода тахометрического моста, включаемого в выход­ ную цепь усилителя.

Усилитель мощности выполнен по схеме последовательного баланса с вклю­ чением транзисторов Т 7 и Т а (П217В) по схеме с общим эмиттером. Связь усили­ теля мощности и усилителя напряжения выполнена через переходный трансфор­ матор П Т р . Питание усилителя мощности осуществляется от выпрямителя, выполненного на диодах Д в— Д я (Д226Б).

Обмотка I I (зажимы 1 и 4) силового трансформатора Т р служит для питания измерительной схемыприбора. КонденсаторыС3,С 3' и С"3, включенныепараллельно управляющей обмотке реверсивного двигателя типа РД-09П2 (РД), имеют то же назначение, что и конденсатор С3 в рассмотренной выше схеме.

Усилитель УПД2, применяемый в автоматических уравновешен­ ных мостах (гл. 5), отличается от усилителя УПД1 входным устрой­ ством, которое состоит только из входного трансформатора.

Основные технические характеристики усилителя УПД1-03 и электронного лампового усилителя УЭД1-03 одинаковы.

4-21. Основные сведения об источниках стабилизированного питания

Для питания измерительной схемы автоматических потенцио­ метров применяют источник стабилизированного питания постоян­ ного тока (ИПС). Замена сухого элемента, широко применявшегося ранее в старых потенциометрах, стабилизированным источником питания имеет большое практическое значение, так как срок службы сухих элементов ограничен. Кроме того, применение стабилизиро­ ванного источника питания исключает необходимость иметь в при­ боре нормальный элемент и механизм установки рабочего тока. При этом значительно упрощается кинематика механизма и повы­ шается надежность эксплуатации приборов.

Рассмотрим электрическую принципиальную схему источника питания стабилизированного ИПС, применяемого в автоматических потенциометрах типа КСП, КПП и др. (рис. 4-21-1). Он состоит из повышающего трансформатора Тр\ мостового выпрямителя Д2— Д4; Г-образного фильтра (С1( С2, Ri)\ стабилитрона Д814; мед­ ного резистора R2и резисторов R3, Rt и R5.

Первичная обмотка трансформатора питается переменным током частотой 50 Гц, напряжением 6,3 В от обмотки силового трансфор­ матора потенциометра. Для уменьшения влияния помех из сети обмотки трансформатора экранированы.

Напряжение 6,3 В повышается с помощью трансформатора, вы­ прямляется и стабилизируется с помощью стабилитрона Д 5 (Д814). Поскольку рабочая характеристика стабилитрона зависит от темпе­ ратуры окружающего воздуха, то для температурной компенсации его параметров используется медный резистор R2. каркасом для ко­ торого служит корпус стабилитрона.

Рис. 4-21-1. Электрическая принципиальная схема источника питания стабилизированного типа ИПС.

Для увеличения коэффициента стабилизации предусмотрен де­ литель, состоящий из резисторов Rt и R&.Резистор R3предназначен для согласования выхода с нагрузкой R„ „ = 1000 Ом. Выходное напряжение источника стабилизированного питания Ulu„ — t В при нагрузке 1000 Ом. Коэффициент стабилизации по напряжению при токе нагрузки / 0 = 5 мА не менее 500, что обеспечивает постоян­ ство рабочего тока в измерительной схеме прибора с допускаемой погрешностью.

4-22. Устройство автоматических потенциометров

Автоматические потенциометры предназначены для измерения температуры и других величин, изменение которых может быть пре­ образовано в изменение напряжения постоянного тока, и по конст­ руктивному оформлению подразделяются на следующие группы:

и самопишущие с дисковой диаграммой (КСПЗ). Потенциометры этих типов, изготовляемые с дополнительными устройствами в не­ скольких модификациях, применяются также для измерения и сиг­ нализации или регулирования указанных выше величин. Потенцио­ метры, так же как и другие вторичные приборы, разделяются на ми­ ниатюрные (КПП1, КВП1, КСП1), малогабаритные (КСП2, КСПЗ) и нормальногабаритные (КСП4).

Некоторые модификации показывающих и одноточечных само­ пишущих приборов указанных выше типов снабжаются выходными устройствами дистанционной передачи показаний для расширения функциональных возможностей средств измерений. Для этой цели

потенциометры типа КСПЗ могут быть снабжены ферродинамическими, частотными или пневматическими передающими преобразова­ телями, а также и различными сочетаниями их. В приборах других типов в качестве выходного устройства используется реостатный передающий преобразователь (гл. 8).

Сопротивление первичных преобразователей, работающих в ком­ плекте с автоматическими потенциометрами, вместе с сопротивле­ нием линии связи не должно превышать 200 Ом.

Миллиамперметры и вольтметры, выпускаемые на базе потенцио­ метров указанных выше типов, имеют шифры КПУ1, КВУ1, КСУ1, КСУ2, КСУЗ и КСУ4.

Автоматические потенциометры показывающие. Автоматические показывающие потенциометры широко применяют в практике тех­ нологического контроля в качестве оперативных приборов. Они выпускаются с цилиндрическим вращающимся циферблатом (длина шкалы 500 мм) типа КВП1 и плоским неподвижным циферблатом (длина шкалы 300 мм) КПП1.

Показывающие потенциометры КВП1 выпускаются одноточеч­ ными и многоточечными для измерения температуры в комплекте со стандартными термоэлектрическими термометрами. Многоточеч­ ные приборы снабжаются встроенным 6 или 12-точечным кнопочным переключателем. Серийно выпускаемые потенциометры КВП1 имеют класс точности 0,5, а по специальному заказу могут быть изготовлены класса точности 0,25. Они выпускаются с временем прохождения циферблатом от начальной до конечной отметок шкалы относитель­ но неподвижного указателя 2,5 или 10 с в зависимости от моди­ фикации.

Принципиальная схема потенциометра типа КВП1 приведена на рис. 4-22-1. Измерительная схема этого потенциометра отличается от рассмотренной выше типовой схемы (см. рис. 4-18-1) наличием дополнительного резистора Ri из манганиновой проволоки, который обычно выполняют для всех диапазонов измерений равным 5 ±

± 0,05 Ом. Кроме того, в измерительную схему включены подгоноч­ ные резисторы г„, гп, г. Приборы КВП1 снабжены устройством с кнопочным переключателем (КИ) для контроля исправности его. Это устройство на схеме показано пунктиром. При нажатии КИ замыкаются цепи термоэлектрического термометра и резистора R№, а резисторы RHи г„ шунтируются резистором R*. Если прибор испра­ вен, то цилиндрический циферблат должен занять положение, при котором контрольная отметка на его шкале находится против непод­ вижного указателя.

Назначение отдельных элементов и узлов схемы потенциометра КВП1 аналогично рассмотренным выше (см. рис. 4-18-1). Нормиро­

На лицевой стороне потенциометра (рис. 4-22-2) расположен кно­ почный переключатель на 6 точек.

Автоматические показывающие потенциометры типа КПП1 имеют класс точности 0,5. Эти приборы в практике технологического конт­ роля широко применяют с дополнительным переключателем в ком­ плекте с термоэлектрическими термометрами для измерения темпе­ ратуры в нескольких точках. Потенциометры КПП1 выпускаются с временем прохождения указателем всей шкалы 2,5 или 10 с в зави­ симости от модификации. Измерительная схема прибора выпол­ нена аналогично рассмотренной выше.

В приборах КПП1 и КВП1 реохорд выполнен в виде отдельного модуля. Рабочая и токосъемная спирали расположены на круглом пластмассовом основании реохорда. В этих потенциометрах уста­ навливаются полупроводниковые усилители УПД1-03 или УПД-04.

Автоматические потенциометры с дисковой диаграммой КСПЗ. Потенциометры типа КСПЗ являются одноточечными приборами с дисковой диаграммой (длина отсчетной дуги 95 мм). Пределы до­ пускаемой основной погрешности показаний прибора ±0,5% , а записи ± 1 % нормирующего значения измеряемой величины. Эти потенциометры выпускаются с временем прохождения указателем всей шкалы 5 и 16 с.