книги / Электронные приборы контроля и автоматизации нефтехимического производства

полюсами постоянного кольцеобразного магнита 12. Концы язычка и боковых контактов, зажатые в стойке, изолированы друг от друга и от стойки при помощи прокладок и изоляцион­

магничивает обойму из мягкой стали, находящуюся внутри ка­ тушки возбуждения. В зависимости от направления тока в катушке возбуждения полярность намагничивания обоймы будет изменяться и язычок будет притягиваться в направлении того или другого полюса постоянного магнита.

Так как направление переменного тока изменяется каждую половину периода, то и язычок в первую половину периода от­

201

клоняется в одном направлении, а во вторую половину периода—

впротивоположном. Следовательно, язычок вибратора колеблется

счастотой переменного напряжения, подводимого к катушке возбуждения. При этом колебания язычка будут примерно совпа­ дать по фазе с частотой напряжения возбуждения, т. е. когда напряжение будет достигать своего максимального значения, тогда и язычок будет максимально отклоняться от среднего поло­ жения, а когда напряжение равно нулю, язычок будет находиться

всреднем положении. Вибратор может работать на любых часто­ тах — от самых низких до нескольких сотен герц.

Вэлектронных приборах вибраторы обычно работают на ча­ стоте сети переменного тока (50 гц), для чего к катушке возбужде­ ния напряжение подводится от цепи накала ламп. В зависимости от положения язычка контакт 4 будет замкнут на тот или другой боковой контакт. При среднем положении язычка контакт 4 может либо не касаться ни одного из боковых контактов, либо касаться их обоих. Это зависит от регулировки положения боко­ вых контактов, определяемой способом включения вибратора и особенностями схемы.

Вибратор имеет много не бросающихся в глаза, но решающих для качества его работы особенностей в конструкции и главным образом в выборе и обработке материалов, из которых изгото­ влены все его детали.

Особые, необычные требования к качеству деталей вибратора объясняются необычностью условий его работы. На контакты

вибратора подаются незначительные напряжения, измеряемые микровольтами. Следовательно, переходное сопротивление кон­ тактов, т. е. сопротивление между контактами в момент их замы­ кания, должно быть очень малым. Контакты не должны со време­ нем покрываться даже самой тонкой пленкой окислов, и, кроме того, во время работы соприкасающиеся части контактов должны скользить одна по другой — самозачищаться.

Вибратор должен работать без регулировки месяцы и даже годы, и его настройка при этом не должна изменяться. Язычок вибратора в секунду делает 50 полных колебаний, контакт 4 за одну секунду ударяется 50 раз об один боковой контакт и столько же о другой. В сутки это составит более 4 млн. ударов о каждый контакт. Эта цифра в несколько раз превосходит то количество переключений, которое может без нарушения характеристик совершить обычное электромагнитное реле.

Для нормальной работы вибратора необходимо, чтобы на сред­ нем плоском контакте не появлялось никаких даже мельчайших неровностей, чтобы упругость пружин неподвижных контактов и среднее положение язычка оставались совершенно неизменными. Нужно при этом учитывать, что при многократном соприкосно­ вении контактов наблюдается молекулярный перенос материала одного контакта на другой независимо от силы удара. При этом на одном из контактов появляется выемка. Для устранения этого явления нужен определенный подбор контактных пар.

202

Все эти обстоятельства учтены конструкцией и выбором мате­ риалов для деталей вибратора. Язычок, пружины боковых кон­ тактов и регулирующие пластины изготовлены из берпллиевой бронзы, которая, будучи соответственно обработана, имеет свой­ ство сохранять упругость п форму при длительной работе. Кон­ такты изготовляются из специальных сплавов драгоценных и

Ряс. 105. Включение вибратора в различных схемах преобразования.

а — схема с входным трансформатором; б — непосред­

ственное включение вибра­ тора на сетку лампы; в —

схемы с конденсатором, при­

меняемые в высокоомных цепях; г — схема с двойной

цепью R C .

редких металлов, причем сплав, идущий на изготовление боковых контактов, имеет меньшую твердость. Постоянный магнит отлит из нпкельалюминиевого сплава, характеризующегося большой магнитной индукцией и постоянством магнитных свойств.

В зависимости от требований, предъявляемых к входному сопротивлению электронного нуль-индикатора, вибратор вклю­ чается в р а з л и ч н ы е с х е м ы п р е о б р а з о в а н и я .

В электронных потенциометрах применяется схема с входным трансформатором (рис. 105, а). На схеме показано направление тока в цепях вибратора и входного трансформатора при одной

203

определенной полярности напряжения небаланса Uaeб. При дру­ гой полярности направления токов будут обратными. В данном случае при замыкании среднего контакта с правым ток в первич­ ной обмотке входного трансформатора проходит от ее верхнего конца к средней точке, при замыкании среднего контакта с ле­ вым — от нижнего конца к средней точке.

Следовательно, при работе вибратора ток в первичной обмотке входного трансформатора каждую половину периода перемен­ ного напряжения возбуждения вибратора (т. е. напряжения сети) изменяет свое направление. В результате этого в сердечнике входного трансформатора возбуждается переменный магнитный, поток, а во вторичной обмотке индуктируется переменное напря­ жение. Частота этого напряжения равна частоте сети (50 гц)т а фаза в зависимости от знака напряжения небаланса либо совпа­ дает с фазой напряжения сети, либо противоположна ей, т. е. отличается на 180°.

потенциометров имеют п = 10 -г- 18.

При определении п входного трансформатора следует учиты­ вать, что импульс тока одновременно проходит не по всей первич­ ной обмотке, а лишь по одной из ее половин. Поэтому коэффи­ циент трансформации входного трансформатора равен отношении» числа витков вторичной обмотки к числу витков половины первич­ ной обмотки.

В тех случаях, когда требуется более высокое входное сопро­ тивление нуль-индикатора (1—2 мгом), применяется непосред­ ственное включение вибратора на сетку лампы без входного транс­ форматора (рис. 105, б). Здесь напряжение небаланса подается на сетку лампы в те половины периода, когда язычок вибратора замкнут на левый контакт. В другую половину периода на сетку лампы напряжение не поступает.

Правый контакт вибратора может или совсем отсутствовать, или использоваться для замыкания сетки с катодом в ту половину периода, когда напряжение небаланса на нее не подается. Послед­ нее делается для уменьшения помех. В результате работы вибра­ тора на сетке лампы появляется пульсирующее напряжение прямоугольной формы с темп же частотой п фазой, что и в пре­ дыдущем случае. Недостатком этой схемы является меньшая чувствительность по напряжению, чем схемы с входным транс­ форматором.

204

Когда требуется весьма высокоомный вход (электронные pH-метры), применяются схемы с конденсатором. На рис. 105, в показаны две разновидности такой схемы. В первой на конден­ сатор С при замыкании язычка вибратора на левый контакт по­ дается напряжение небаланса и он заряжается. В другую поло­ вину периода конденсатор разряжается на сопротивление утечки лампы Вс- В результате на сетке лампы появятся импульсы на­ пряжения, по форме близкие к прямоугольной.

Во второй схеме импульс тока через Вс проходит во время заряда и разряда конденсатора С. Преимущества этого способа включе­ ния конденсатора — большая чувствительность, более высокое входное сопротивление, меньшее влияние на работу приборов сеточного тока лампы. В первом случае сеточный ток лампы не­ сколько сдвигает пределы шкалы прибора, так как импульсы на сетке лампы будут отсутствовать не тогда, когда напряжение небаланса будет равпо нулю, а тогда, когда оно будет равно па­ дению напряжения на Вс вследствие протекания по этому сопро­ тивлению сеточного тока лампы.

Входное сопротивление компенсационных приборов, в кото­ рых в качестве нуль-индикаторов применены схемы с конденса­ тором, может быть сделано очень высоким. Конденсаторы при­ меняются слюдяные плп полистироловые.

При необходимости еще больше повысить входное сопротивле­ ние прибора применяют включение вибратора через многозвен­ ную цепочку ВС (рис. 105, г). Двузвенная входная цепь зна­ чительно ослабляет влияние сеточных токов входной лампы на результаты измерений. Рассмотрим этот вопрос несколько под­ робнее.

Разделительные конденсаторы Ci п С2 имеют сопротивления утечки приблизительно 100 кмгом (1011 ом). Эти сопротивления показаны на рис. 105, г пунктиром. Сеточные токи входной лампы вызывают на сопротивлении утечки сетки Вс падение напряже­ ния около 1 в. Это напряжение создает через сопротивление утечки конденсатору Сг ток приблизительно 10—11 а. Если бы отсутствовало первое звено цепочки (CiB), то этот ток протекал бы во внешней цепи и мог бы вызывать значительную ошибку. При наличии звена CiB падение напряжения на В едва ли будет более 10 мв (10—11 В) и ток во внешней цепи будет около 10—13 а.

К первой лампе нуль-индикатора, на которую подается пере­ менное напряжение с вибропреобразователя, предъявляются осо­ бые требования, так как все искажения, которые могут наступить в I каскаде, будут усилены последующими каскадами. Поэтому первая лампа, если она имеет стеклянный баллон (6Н9С, 6Н2П), закрывается специальным экранирующим чехлом, который пре­ пятствует воздействию магнитных полей рассеивания силового трансформатора непосредственно на электроды лампы.

В приборах с высокоомным входом на первом месте исполь­ зуются лампы с малыми сеточными токами и хорошей изоляцией

205

управляющей сетки, причем отдается предпочтение таким лам­ пам, у которых вывод этой сетки сделан отдельно от остальных электродов (6Ж7, 6Ф7, 6Ж1Ж). В одноцокольных лампах бывает трудно избежать воздействия переменного напряжения накала на управляющую сетку. Однако в последнее время успешно при­ меняются пальчиковые лампы (6Ж1П, 6Ж2П и др.).

тора. Во всех случаях положение боковых контактов относительно язычка должно быть таким, чтобы время замыкания (в течение каждого периода) среднего контакта на каждый из боковых было одинаково. Только в этом случае переменное напряжение, посту­ пающее на усилитель, будет иметь правильную симметричную форму. В случае несимметричной формы напряжения фазочув­ ствительный каскад не может нормально работать, прибор будет иметь малую чувствительность, скорость прохождения шкалы в одном направлении будет меньше, чем в другом, и т. д. Поло­ жение боковых контактов относительно среднего контакта при среднем положении язычка 1 может быть равным (но обязательно симметричным) в различных схемах включения вибратора.

В электронных потенциометрах (схема с входным трансформа­ тором) применяется регулировка «с перекрытием», т. е. такая регулировка, когда в среднем положении боковые контакты зам­

контактов «с разрывом». В схемах с конденсатором и с непо­ средственным включением вибратора обязательно применяется регулировка «с разрывом», т. е. такая, когда в среднем положении боковые контакты не касаются среднего. В противном случае при­ бор работать не будет, так как некоторую часть периода вход будет либо закорочен, либо замкнут непосредственно на сетку лампы.

Время замыкания всех трех контактов вместе пли «повисания» среднего контакта составляет при правильной регулировке вибра­ тора обычно 5—10% периода. Большее время ведет к уменьше­ нию чувствительности прибора, меньшее может привести к тому, что при незначительных изменениях регулировки в работе это время вообще может стать равным нулю.

Для проверки и регулировки вибраторов можно применить несколько способов, использовав любой пмеющийся стрелочный прибор с пеболышшп пределами измерений (миллиамперметр,, вольтметр, омметр, гальванометр п т. д.) пли электронный осцил­ лограф. Осциллограф необходим лишь для проверки чпетоты по­ верхностей контактов и в некоторых сложных случаях нарушения регулировки, которые имеют место обычно при сборке вибрато­ ров на заводе или после разборки для полировки контактов.

1 Средним положением язычка следует считать его положение при выключенном напряжении возбуждения.

206

Способы, часто рекомендуемые для проверки чистоты контак­ тов вибраторов по осциллографу, ничего не дают, так как о со­ стоянии поверхностен контактов можно судить лишь тогда,

Для проверки п регулировки вибраторов на симметрию ра­ боты контактов полезно изготовить специальную настольнуюустановку, на крышке которой устанавливаются панель для ви­ братора, зажимы с выводами от контактов панелей и регулятор напряжения возбуждения, а внутри помещается трансформатор. На рис. 106 показана схема такой установки. Испытательно­ поверочная установка типа ИПУ-01 также имеет устройстводля проверки вибраторов.I

I За неимением подобной установки вибраторы можно прове­ рить непосредственно в приборе или вынув из прибора и подведя напряжение возбуждения (накала ламп) при помощи двух про­ водов. В последнем случае можно использовать колодку для испы­ тания режима ламп. При проверке непосредственно в приборе вибраторов электронных потенциометров при помощи омметра нужно отсоединить провода, подходящие к боковым контактам от первичной обмотки входного трансформатора. В схемах, где входного трансформатора нет, вибраторы можно проверять и регулировать, не нарушая схемы.

Самый простой способ проверки и регулировки вибратора —

Предпочтительнее такой омметр, который питается меньшим напряжением (1,5 в) и в цепи которого протекают меньшие токи. При использовании в качестве омметра тестера ТТ-1 следует устанавливать шкалу Х100.

При проверке вибраторов электронных потенциометров при­ меняется следующий порядок. На вибратор подается напряжение возбуждения. Затем омметр подготовляется к измерениям: уста­ навливается его механический и электрический нуль. Один про­ вод от омметра подключается к выводу от язычка вибратора,

207'

другой провод по очереди подключается к выводам правого и ле­ вого боковых контактов. В обоих случаях стрелка омметра должна отклониться немного больше, чем на половину шкалы. Отклоне­ ние стрелки показывает не величину сопротивления между кон­ тактами, а свидетельствует о времени (части периода), когда онп оказываются замкнутыми. Если контакты все время остаются разомкнутыми, стрелка омметра остается в начальном положе­ нии (оо); если контакты остаются замкнутыми в течение всего

рис. 107, а показаны подключение омметра к вибратору для про­ верки регулировки его и положение стрелки омметра при пра­ вильной регулировке. Такое положение стрелка омметра должна занимать при подключении второго провода от омметра как к левому, так и к правому боковому контакту вибратора (первый провод омметра все время подключен к язычку вибратора). Оди­ наковое отклонение стрелки омметра в обоих случаях свидетель­ ствует о симметричной работе контактов вибратора. Следует допускать разницу в положениях стрелки не более 0,02 длины шкалы омметра.

При регулировке вибратора «с разрывом» проверка ведется аналогично, только стрелка омметра в этом случае должна откло­ няться меньше чем на половину шкалы (рис. 107, б). В этом случае не должно быть момента, когда язычок замкнут одновре­ менно на оба боковых контакта, в чем можно убедиться, подклю­ чив провода от омметра к правому и левому боковым контактам вибратора. Омметр должен показать разрыв цепи.

При отсутствии омметра для проверки регулировки вибратора можно воспользоваться любым миллиамперметром постоянного

208

тока или стрелочным милливольтметром. На рис. 108 показано включение подобного прибора для проверки регулировки вибра­ тора. Прибор включается последовательно с сухим элементом (1,5 в) и переменным сопротивлением R. Переменное сопротивле­ ние должно иметь такую величину, чтобы при закорачивании точек а п б схемы (при замыкании концов, подводимых к контак­ там вибратора) можно было установить такую силу тока через прибор, чтобы его стрелка отклонилась точно на всю шкалу. Вместо этого сопротивления можно употребить магазин сопроти­ влений или включепные последовательно постоянное (можно непроволочное) и переменное сопротивления.

Иногда при большой чувствительности прибора удобно его зашунтировать переменным сопротивлением R m и, изменяя это сопротивление, подбирать отклонение стрелки прибора. Перед проверкой регулировки вибратора замыкают провода, идущие

б

Рис. 108. Регулировка вибратора по миллиампер­ метру.

на контакты (точки а и б), и изменением величины переменных сопротивлений добиваются отклонения стрелки на всю шкалу. Затем проверяют регулировку вибратора так же, как и омметром. По существу схема рис. 108 тоже является омметром, только прибор не имеет градуировки шкалы в омах, которая в данном случае ненужна.

Проверку и регулировку вибратора можно также осуществить п р и п о м о щ и э л е к т р о н н о г о о с ц и л л о г р а ф а . Это может быть сделано или непосредственно на приборе, или путем включения вибратора по специальной схеме. На рис. 109 приведена одна из возможных схем подобного рода. Здесь на вход вертикального усилителя осциллографа подаются через контакты

такова, чтобы падения напряжений на них были возможно ближе к рабочим напряжениям вибратора и в то же время достаточными для того, чтобы при максимальной чувствительности осцилло­ графа дать на экране его изображение высотой 40—50 мм.

Для осциллографа ЭО-7 выгодно взять следующие данные

ваться напряжение приблизительно 10—15 мв. На экране осцил-

лографа будет видно изображение напряжения прямоугольной формы, причем если контакты работают «с перекрытием», то это изображение будет иметь промежутки между прямоугольниками полупериодов (рис. 110). По ширине прямоугольников и про­ межутков между ними можно судить о симметрии работы контак­ тов и о степени перекрытия. На рис. НО, а показаны нормальные отношения размеров прямоугольников и промежутков. Если перекрытие отсутствует, на осциллографе промежутков не будет (рис. 110, б), но о времени «повисания» язычка по осциллографу судить нельзя.

При проверке и настройке вибратора «с разрывом» по схеме рис. 109 необходимо ее дополнить сопротивлением Rt = 1 -г- -4-10 ком, шунтирующим вход осцилло­ графа (показано на рис. 109 пунк-

тиром). Без этого сопротивления на участках кривой, соот­ ветствующих моментам разрыва контактов, имеются большие пики, которые не дадут возможности судить о длительности раз­ рыва. При наличии R i разрыв будет выглядеть на кривой так же, как перекрытие, т. е. в виде черты в средней части кривой. Чтобы определить, что в данном случае имется — разрыв или перекрытие, нужно воспользоваться омметром или, отсоединив сопротивле­ ние R 4, наблюдать, как это отразится на форме кривой. При перекрытии форма кривой не изменится, при разрыве появятся пики.

При регулировке вибратора наличие перекрытия или разрыва легко определить по изменению формы кривой при вращении регулировочных виптов: вращение винта по часовой стрелке увеличивает перекрытие и уменьшает разрыв и наоборот. Уста­ новку для регулировки вибраторов (рис. 106) можно дополнить

210