Файл: Чернышев Л.С. Электричество измеряет.pdf

Реостат включается в измерительную цепь, состоящую из источника тока и специального измерительного прибора — логометра. Этот прибор имеет постоянный магнит, в магнит­ ном поле которого находится не одна, как у обычного прибо­ ра, а две рамки. Если ток протекает только по одной рамке, например, по рамке Р ь то она будет перемещать всю подвиж-

ную систему прибора, в том числе и стрелку, влево. При про­ текании же тока только по рамке Р2 система перемещается вправо.

Обе рамки подключаются к реостату-датчику и получают питание от батареи Б. Когда прибор включен, то по обеим рамкам протекает ток, но величина этого тока будет зависеть от величины сопротивлений участков датчика Pi и Р2. Пусть ползунок датчика находится посредине, так что Pi = Р2. Тогда и токи в рамках будут равны. Стрелка прибора займет ка­ кое-то среднее положение, что соответствует среднему поло­ жению поплавка в баке. С понижением уровня горючего пол­ зунок переместится вправо. Когда сопротивление участка Р 2 станет меньше, чем сопротивление участка Р ь ток рамки Р2 станет больше, чем ток рамки Р {. Система прибора повернет­ ся вправо и стрелка покажет понижение уровня горючего.

В случае заполнения бака ползунок будет перемещаться влево. Тогда, наоборот, ток в рамке Pi будет больше, чем в рамке Р2, и стрелка прибора покажет повышение уровня. При­ менение в данном случае в качестве измерительного прибора

16

логометра делает измерительную схему 'более чувствительной, простой н в то же время мало реагирующей на изменение напряжения питающей батареи.

Реостатные датчики обычно используются для измерения небольших изменений уровня. Но ведь имеются и такие уст­ ройства, где изменения уровня измеряются не десятками сан-

Рис. 6. Н а в е р х у — разрез шлюза: / —верхний уровень шлю­ за; 2—камера шлюза; 3—нижний уровень шлюза; 4—заслон­

тиметров, а метрами или даже десятками метров. Возьмем, к примеру, камеру шлюза. Как известно, на каналах Москва — Волга, Волга — Дон, а также на гидроэлектростанциях, по­ строенных на судоходных реках, 'имеются шлюзы. Это такие гидротехнические сооружения, которые позволяют переводить суда е более высокого уровня капала «а более низкий или на­ оборот.

Как это осуществляется?

Допустим, что с верхнего уровня канала самоходная баржа должна перейти на нижний его уровень (рис. 6). Для этого открываются ворота 2 шлюза и баржа проходит в камеру, наполненную водой до верхнего уровня. Далее, ворота 2 за­ крываются, открывается заслонка водосливного канала 1 и уровень воды в камере понижается до тех пор, пока по прин­ ципу сообщающихся сосудов она не достигнет нижнего уровня канала. Тогда открываются ворота 1 и баржа продолжает

.путь дальше. При обратном движении баржи она заходит в

17

камеру со стороны нижнего уровня канала. После этого за­ крываются ворота 1 и заслонка 1, а открывается заслонка 2.. Теперь вода с верхнего уровня канала поступает в камеру. Как только уровень воды в камере сравняется с верхним уров­ нем канала, откроются ворота 2 и барже снова открыт путь.

Как видите, шлюзование судов осуществляется совсем про­ сто. Однако все заслонки и ворота закрываются и открыва­ ются с помощью электродвигателей, управление которыми осуществляется диспетчером из помещений, т. е. на расстоя­ нии. Но может ли быть управление на расстоянии без кон­ троля за работой механизмов? Конечно, нет.

Стало быть, нужно на расстоянии измерять уровень воды в камере шлюза, следить за положением ворот. Это осуще­ ствляется с помощью специальных очень маленьких электри­ ческих машин, так называемых сельсинов.

Как же устроены применяемые здесь сельсины?

Как и всякая вращающаяся электрическая машина, будь то генератор или двигатель, сельсин состоит из неподвижной части — статора и подвижной части — ротора. На статоре имеется одна обмотка, а на роторе — три. При этом каждая из этих трех обмоток смещена относительно другой на 120°. Концы обмоток ротора соединяются вместе, а начала подклю­ чаются к трем подвижным контактам — кольцам, располо­ женным на оси ротора. По кольцам скользят неподвижные контакты — щетки.

Если два одинаковых сельсина (назовем один из них дат­ чиком, а другой приемником) соединить между собой прово­ дами так, как показано на схеме, то получится очень инте­ ресное устройство. Рассмотрим подробнее его работу.

Переменный ток, протекая по обмоткам статора обоих сельсинов, создаст в каждом из них переменное магнитное поле. Эти магнитные поля будут пересекать обмотки роторов сельсинов. В результате в каждой из обмоток как сельсинадатчика, так и сельсина-приемника возникнет электродвижу­ щая сила (ЭДС). Так как обмотки ротора в сельсинах сме­ щены относительно друг друга, то ЭДС в разных обмотках (первой, второй, третьей) сельсина-датчика и сельсина-при­ емника будут различны по величине. Но при строго одинако­ вом положении ротора-датчика и ротора-приемника ЭДС оди­ наковых обмоток этих сельсинов будут равны между собой, т. е. будут равны между собой попарно ЭДС первых, вторых и третьих обмоток. К чему же приводит такое равенство? Оно приводит к тому, что никакого тока по обмоткам обоих ро­ торов протекать не будет. Однако стоит нам повернуть немного ось ротора сельсина-датчика, как ЭДС во всех его трех обмотках изменится, в то время как в обмотках ротора

18

сельсина-приемника она останется той же самой. Теперь по роторным обмоткам обоих сельсинов будет протекать так на­ зываемый уравнительный ток, вызванный разностью ЭДС в одинаковых обмотках ротора датчика и приемника.

Уравнительный ток, взаимодействуя с магнитным полем сельсина-датчика, будет стремиться привести его ротор в прежнее положение. Но этого не произойдет, если ось ро­ тора датчика удерживать в новом положении силой.

Что же произойдет тогда?

А произойдет самое интересное. Под действием тех же уравнительных токов теперь повернется ротор сельсина-при­ емника и займет такое же положение, какое занимает ротор сельсина-датчика. Значит, если повернуть ось сельсина-дат­ чика на какой-то угол, то и ось сельсина-приемника повер­ нется на тот же угол. Вот эта-то особенность сельсинов и используется для измерения угловых или линейных переме­ щений. Причем эти перемещения можно измерять на большом расстоянии.

В частности, эту особенность сельсинов используют для измерения уровня воды в камерах шлюзов. Для этой цели ось сельсина-датчика связывается с поплавком, расположен­ ном в специальном колодце. Колодец же соединяется трубой с камерой шлюза. При изменении уровня воды в камере шлю­ за соответственно будет меняться и уровень воды в колодце, так как колодец и камера шлюза — сообщающиеся сосуды. Связь же поплавка с сельсином-датчиком осуществляется с помощью тонкого металлического тросика, барабана и зубча­ той передачи. При движении поплавка вверх или вниз его поступательное движение преобразуется барабаном во вра­ щательное и через зубчатую передачу передается сельсинудатчику, ось которого при этом также поворачивается. Угло­ вое перемещение оси датчика воспринимается по проводам связи сельсином-приемником. На оси ротора сельсина-при­ емника находится шестеренка, связанная с зубчатой рейкой. При вращении шестеренки влево или вправо зубчатая рейка будет подниматься вверх или опускаться вниз. На зубчатой рейке находится стрелка-указатель, которая перемещается по шкале с делениями.

Вся система измерения от поплавка до зубчатой рейки регулируется таким образом, чтобы изменение воды в камере шлюза приводило к перемещению зубчатой рейки на опреде­ ленную величину, пропорциональную пути, совершаемому по­ плавком. Тогда шкалу прибора легко отградуировать так, что по ней сразу можно определить изменение уровня воды в метрах.

Но сельсины используются не только как измерители уров­ ня воды в камере шлюза. Они позволяют также контролиро­ вать положение створок ворот шлюзов. Таким образом, они

19

дают возможность диспетчеру управлять всеми механизмами шлюза.

И не только шлюза. Различные конструкции сельсинов используются на гидроэлектростанциях для измерения уровня воды до плотины и после нее. Кроме того, они помогают уп­ равлять механизмами доменных печей, прокатных станов, са­ молетов и многими другими.

При этом человек не видит управляемых им механизмов. Их работу он контролирует, пользуясь показаниями приборов. А это очень важно.

Современные тепловые электрические станции полностью автоматизированы. Они снабжены самыми различными измеритель­ ными приборами и автоматическими регу­ ляторами. Без них нормальная работа стан­

ции невозможна. Ведь на электростанции генераторы выра­ батывают электроэнергию, расход которой постоянно меняет­ ся. На эти изменения электростанция должна быстро реаги­ ровать, иначе возникнут неприятности: будет изменяться на­

шается нагрузка электрического генератора, то связанная с его валом паровая турбина начнет вращаться с большей ско­ ростью. Как только это случится, в действие вступят регуля­ торы скорости. Они прикроют клапаны паропровода, чтобы в турбину поступало меньше пара.

Но ведь паропровод турбины связан с паровым котлом, поэтому прикрытие клапанов паропровода приведет к увели­ чению давления как в паропроводе, так и в самом котле. Чтобы при меньшем количестве пара, поступающего теперь в турбину, давление в котле стало нормальным, нужно умень­ шить подачу воды в котел и топлива — в его топку. Это осу­ ществляется специальными электрическими регуляторами, по­ лучающими сигнал от чувствительного электрического мано­ метра, измеряющего давление пара в паропроводе (рис. 7). Такой манометр имеет тонкостенную гофрированную трубку— сильфон 2. С одной стороны сильфон запаян, а другой сторо­ ной 1 соединяется с паропроводом 5. При малейшем измене­ нии давления пара в .паропроводе сильфон изменяет свою дли­ ну. Это очень незначительное перемещение сильфона пере­ дается индуктивному чувствительному датчику.

С одним из индуктивных датчиков мы уже познакомились, когда рассматривали электрические весы. Однако датчик, ис­ пользуемый в манометре, сделан совсем по-другому.

РО