ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 06.04.2024
Просмотров: 19
Скачиваний: 0
Такой датчик состоит из двух катушек 3, соединенных по следовательно. Внутри катушек находится стальной сердеч ник 4, который связан с запаянным концом сильфона. При .пи тании обеих катушек -переменным током реактивное сопрс-
Рис. .7. Схема электрического манометра: 1—соединительная трубка; 2—сильфон; 3—катушки датчика;
4—сердечник; 5—паропровод; 6—логометр.
тивление их будет меняться в зависимости от положения сер дечника. Если сердечник находится в среднем положении, то реактивное сопротивление катушек будет одинаковым. При пе ремещении же сердечника вверх сопротивление верхней ка тушки возрастет, в то время как нижней уменьшится.
Происходит это по той же причине, что и у датчика элек трических весов. Но ведь теперь изменение положения сер дечника вызывает противоположное изменение сопротивления одновременно обеих катушек. А это и делает такой датчик чувствительным даже к незначительным перемещениям -сер дечника. Подключив датчик к измерительному прибору, ра ботающему от переменного тока, мы получим чувствительный манометр, который способен измерять малейшее изменение давления.
Измерительным прибором в таком манометре является, так же как и в схеме измерителя уровня 'горючего, ло-гометр 6. Только это логометр переменного тока. Он называется элек тромагнитным.
Для регулирования давления датчик уже подключается не к логометру, а к специальному регулятору. Регулятор же, :по
21
лучая сигналы от датчика, передает их регулирующим орга нам.
Давление можно измерить и с помощью пьезоэлектриче ских датчиков. Они всем нам хорошо знакомы. Кто из нас не знает звукоснимателей, с помощью которых воспроизводится грамзапись? А ведь почти все современные звукосниматели (адаптеры) пьезоэлектрические. В головке звукоснимателя на ходится тонкая, двухслойная пластинка пьезокристалла. Один конец такой пластинки жестко закреплен, а другой связан с иглой.
Игла, перемещаясь по грампластинке, колеблется и свои колебания передает пьезоэлементу, на котором в этом случае появляется напряжение. Чем сильнее колеблется игла, тем больше и напряжение. Это напряжение затем усиливается и преобразуется в звуковые волны; мы слышим звук, записан ный на пластинку.
Пьезоэлектричество было обнаружено в конце прошлого века, когда ученые заметили, что сжатие пластины, изготов ленной из природного кварца, приводило к появлению на ней электрических зарядов. В настоящее время известно много кристаллов, создающих пьезоэлектричество. Все эти кристаллы состоят из положительных и отрицательных ионов, связанных между собой электрическими силами взаимодействия. В неко торых из этих кристаллов ионы под действием давления могут смещаться, располагаясь так, что на поверхности кристалла образуются заряды. Вот такие кристаллы и используются в пьезоэлектрических датчиках.
Манометры с пьезоэлектрическими датчиками получают широкое применение при измерении давления газов в двига телях внутреннего сгорания и в других установках, где необ ходимо измерять как малые, так и большие давления. При этом с помощью пьезодатчика можно так же, как и при ис пользовании любого другого электрического метода, измерять давление на значительном расстоянии.
Но вернемся снова к тепловой электро1 станции. Мы теперь знаем, что при изменении нагрузки электрического генератора может изменяться и скорость вращения паро вой турбины. Следовательно, машинисту,
контролирующему работу турбины, следует знать число ее обо ротов в минуту. До сих пор для измерения скорости вращения турбины применялись механические тахометры — приборы, предназначенные для измерения числа оборотов.
Но механические тахометры не могут осуществлять изме рение на расстоянии, поэтому они устанавливаются непосред ственно на турбине.
При. проектировании новых электростанций решено меха нические тахометры заменить электрическими, т. е. такими,
22
которые позволяют измерять скорость вращения на расстоя нии. Теперь прибор контроля оборотов турбины будет уста новлен на пульте машиниста, отстоящем от турбины на не сколько метров.
Что же представляет собой электрический тахометр? Прежде всего это опять-таки сочетание небольшого по раз
мерам датчика скорости, так называемого тахогенератора, с измерительным прибором. Тахогенератор по принципу своего действия ничем не отличается от обычного электрического ге нератора и может быть постоянного или переменного тока. Но как в том, так и в другом случае вал тахогенератора свя зывается с валом двигателя или механизма, скорость которого необходимо непрерывно измерять. Тогда изменение скорости вращения вала будет передаваться тахогенератору, который при этом будет давать различное напряжение. Если же теперь провода от тахогенератора подвести к измерительному при бору, то стрелка последнего будет отклоняться, причем откло нение будет пропорционально скорости вращения вала тахо генератора, или, что то же самое, скорости вращения интере сующего нас двигателя. Измеряемую скорость <в этом случае прямо, отсчитывают по шкале измерительного прибора, отгра дуированной в оборотах в минуту. Таким образом, электриче ский тахометр очень удобен, так как позволяет измерять ско рость вращения с достаточно большой точностью и на боль шом расстоянии.
Тахогенераторы широко используются не только для изме рения, но и для автоматического регулирования скорости. Мно гие механизмы, вращаемые электродвигателями, при своей работе требуют постоянной скорости, независимо от ’загрузки механизма. Возьмем, например, эскалатор метро. Сколько бы людей ни находилось на лестнице, она движется с одной и той же скоростью. Происходит это потому, что скорость вращения электродвигателей эскалаторов поддерживается автоматически постоянной. Если бы автоматическое регулирование отсут ствовало, то скорость вращения электродвигателя, а стало быть, и лестницы экскалатора менялась бы в зависимости от количества находящихся на ней пассажиров.
Существует много различных способов автоматического ре гулирования скорости вращения электродвигателей. Мы рас смотрим одну из схем, где в качестве измерительного устрой ства используется тахогенератор (рис. 8).
В этой схеме регулируемый двигатель Д питается от от дельного генератора постоянного тока Г.
Магнитное поле генератора создается двумя обмотками, расположенными па его статоре. Одна обмотка основ«ая_. Это обмотка возбуждения. Она всегда питается постоянным током одного направления. Поэтому и создаваемое ею магнитное поле имеет тоже только одно направление.
23
Другая обмотка — обмотка управления ОУ. Она питается через усилитель от специальной схемы, состоящей из потенцио метра П, тахогенератора ТГ, связанного с валом управляе мого двигателя Д, и сопротивления R. Эта схема и обеспечи-
Рис. 8. Схема автоматического регулирования скорости двч - гателя с помощью тахогенератора:
1—усилитель; 2—двигатель |
вращения генератора; 3—обмот |
ка возбуждения генератора; |
4—обмотка возбуждения двига |
|
теля. |
вает автоматическое регулирование скорости вращения нашего двигателя. Для этого ее настраивают так, что при заданной скорости вращения двигателя напряжение тахогенератора рав но и противоположно напряжению на участке потенциометра между его движком и точкой Б. В таком случае так же, как и в потенциометре для измерения ЭДС термопары, по сопротив лению R тока протекать не будет. Значит, сигнал не будет поступать и на усилитель; при заданной скорости вращения двигателя напряжение, поступающее к нему от генератора, будет создаваться лишь магнитным полем обмотки возбуж дения.
Но вот скорость вращения двигателя увеличилась. Теперь напряжение тахогенератора будет больше, чем напряжение на том же участке потенциометра. По сопротивлению потечет ток. На усилитель будет подан электрический сигнал, который усилится и поступит на обмотку управления генератора. При этом по ней будет протекать ток обратного направления по сравнению с током обмотки возбуждения. В таком случае магнитное поле генератора и его напряжение уменьшатся, а
24
это приведет к тому, что при меньшем напряжении на дви гателе и скорость вращения двигателя также уменьшится, т. е. снова станет прежней.
При снижении скорости вращения двигателя все произой дет наоборот. Напряжение тахогенератора уменьшится по сравнению с напряжением потенциометра. На усилитель по ступит сигнал обратной полярности, за счет чего ток обмотки управления будет создавать магнитное поле того же направ ления, что и ток обмотки возбуждения. Магнитное поле гене ратора при этом возрастет. Его напряжение увеличится. Ско рость вращения двигателя восстановится.
Таким образом, в рассмотренной нами схеме тахогенератор используется так же, как измерительный элемент. Однако результаты измерений подаются не на прибор, а на усилитель, через который осуществляется воздействие на регулируемый двигатель.
Но тахометр с использованием тахогенератора не всегда удобен. Во-первых, как мы уже знаем, вал тахогенератора должен быть обязательно связан механически с валом дви гателя, скорость вращения которого измеряется. Кроме того, тахогенератор очень трудно использовать для измерения боль ших скоростей в несколько десятков и даже сотен тысяч обо ротов в минуту. А ведь такие скорости существуют, и их приходится измерять.
Все это привело к тому, что в последнее время все шире стал использоваться другой способ измерения скорости вра щения —- стробоскопический. Тахометры, измеряющие ско рость вращения этим способом, называются стробоскопиче скими тахометрами или просто стробоскопами.
Работа стробоскопа основана на использовании одной ин тересной особенности глаза. Она заключается в том, что если внести в поле зрения какой-нибудь предмет, а потом быстро его убрать,, то некоторое время наш глаз все же будет «ви деть» этот предмет, т. е. сохранится зрительное впечатление от скрывшегося предмета.
Как же все-таки, используя эту особенность глаза, можно измерить скорость вращения? Оказывается, весьма просто.
Укрепим на валу какого-нибудь двигателя белый диск и выделим на нем темную полосу (например, черной краской). Пусть теперь вал двигателя вместе с диском вращается со скоростью 3000 об/мин. Конечно, никакой полосы на диске при таком вращении мы не увидим. Она сольется в единый серый круг. Ведь полоса так же, как и диск, делает 50 обо ротов в секунду. Однако стоит нам осветить плоскость диска таким источником света, который дает световые вспышки и делает 50 таких вспышек в секунду, как черная полоса на диске станет казаться неподвижной. Произойдет это потому,
что за каждый оборот полосы источник света дает одну вспышку.
Таким образом, полоса на диске всегда освещается в од ном и том же положении, почему и будет казаться неподвиж ной. Ну, а если при той же частоте световых вспышек обо роты двигателя возрастут и превысят 3000 в минуту? Тогда до момента первой вспышки света полоса совершит не один оборот, как раньше, а больше. Например, П/4 оборота. Зна- ,чит, до момента второй вспышки она уже совершит 12Д обо рота, до момента третьей — 13Д оборота и так далее, т. е. при каждой новой вспышке полоса на диске будет освещать ся в новом положении, смещенном на V4 оборота по отноше нию к прежнему. Поэтому нам будет казаться, что полосавращается, притом в ту же сторону, что и двигатель. Если же обороты двигателя станут меньше 3000 в минуту, то ка жущееся вращение полосы будет происходить в обратном на правлении.
Теперь достаточно лампу, освещающую диск, подключить к такому источнику электрического тока, который будет по давать на лампу как бы короткие броски тока, т. е. импуль сы, частоту которых можно плавно регулировать. Это и будет стробоскоп.
Действительно, изменяя частоту вспышек лампы, можно всегда добиться такого положения, что полоса на вращаю щемся диске станет неподвижной. А мы теперь знаем, что подобный случай возможен лишь при одном условии, когда одной вспышке соответствует один оборот полосы, т. е. один оборот диска. Обычно в стробоскопах на ручке, с помощью которой изменяется частота вспышек лампы, находится стрел ка. Она движется по шкале с делениями. Поэтому при каж дом положении ручки нам известно, какая частота импульсов тока подается на лампу, т. е. известна частота вспышек лам пы. По ней-то и определяется скорость вращения вала двига теля или другого механизма, на котором укреплен такой «интересный» диск. Ведь, если, например, неподвижное поло жение полосы на диске достигнуто при 2000 вспышек в се кунду, значит диск совершает тоже 2000 оборотов в секунду
.или 2000 X 6 0 = |
120 000 оборотов в минуту. |
, Стробоскопы |
и отличаются от других тахометров прежде |
всего тем, что позволяют определить как малую, так и очень большую скорость вращения, измеряемую десятками и даже ротнями тысяч оборотов в минуту.
I Конечно, в этом случае лампа, освещающая диск, должна быть безинерционной. Такие лампы имеются. Все они газо разрядные. Это название лампы получили потому, что вспыш- (ка света происходит в них за счет электрического разряда в среде газа, наполняющего колбу лампы.
Таким образом, каждый стробоскоп должен иметь специ
альную электрическую лампу, без которой он работать не будет. Но все же самым главным, что используется в стробо скопических тахометрах, является известная нам теперь осо бенность человеческого глаза.
А известно ли вам, что существует и электрический глаз? Он называется фотоэлементом и также нашел себе широкое применение в технике измерений.
Когда мы смотрим на расположенные вокруг нас предметы, то наш глаз не просто видит их. Он одновременно делает и оцен ку того, какой предмет освещен лучше, а
какой хуже, т. е. измеряет освещенность предметов.
Однако мы никогда не можем сказать с достоверностью, во сколько раз освещенность одного предмета больше или меньше другого. А ведь это очень важно. Представьте себе сборочный конвейер часового или приборостроительного за вода. Здесь освещенность каждого рабочего места должна быть строго определенной. Если она недостаточна, то рабочий будет быстро утомляться. При ярком же свете быстро ухуд шается его зрение. Или вот другой пример. При кино- и фо тосъемке для получения высококачественного негативного изображения на пленке также необходимо точно знать осве щенность фотографируемого объекта, предмета и т. д.
Оценивать освещенность «на глаз» здесь нельзя, так как это может привести к тому, что заснятая пленка окажется неполноценной или даже вовсе негодной.
В подобных случаях для измерения освещенности пользу ются специальными приборами — люксметрами, фотоэкспо нометрами. Основным элементом в этих приборах является фотоэлемент. Существует много разных типов фотоэлементов. ■При измерении освещенности используются фотоэлементы с так называемым запорным слоем. Такие фотоэлементы под действием света становятся источниками электрического тока, т. е. световую энергию они непосредственно преобразуют в энергию электрическую.
К фотоэлементам с запорным слоем относятся селеновые, сернисто-серебряные, кремниевые и другие. До сих пор самое широкое применение получили селеновые фотоэлементы. Уст роены они очень просто.
На железную пластину, покрытую никелем, наносят слой порошка селена, который подвергается нагреву, прессованию и охлаждению. Далее на слой селена напыляется очень тон кий полупрозрачный слой золота, серебра, а иногда и пла тины. Самым интересным является здесь то, что при указан ной обработке слоя селена между ним и никелированной по верхностью железной пластинки возникает запорный слой.
Он получил такое название потому, что обладает способ ностью пропускать электроны только в одном направлении.
27.
