Файл: Александров В.С. Электронные гальванометры постоянного тока.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 17.07.2024
Просмотров: 155
Скачиваний: 1
ния. В структурной схеме гальванометра сравнения (рис. 1-24) можно выделить канал измеряемого тока 1(1, канал компенсирую щего тока 1(2, блок сравнения Ср, блок регулирования 1(3 и вы ходной блок 1(4. Измеряемый ток Іх через усилитель 4(1 поступает на блок сравнения Ср. На этот же блок через делитель тока 1(2 поступает компенсирующий ток / к. Разность токов с выхода блока сравнения поступает в блок регулирования 1(3, который управляет параметром ср и изменяет коэффициент передачи блока 1(2 таким образом, чтобы выходной сигнал блока сравнения стал равен по рогу чувствительности е блока регулирования 1(3.
Одновременно параметр ср (например, угол поворота оси двига теля) блоком 1(4 преобразуется в выходной сигнал (І12 или / 3).
Рис. 1-24. Структурная схема гальвано- |
Рис. 1-25. Блок-схема гальва- |
метра сравнения |
нометра сравнения с ручным |
|
уравновешиванием |
Соотношения между сигналами схемы сравнения в момент измере ния имеют вид
[1хК г - І кК 2т К г = г-, f/2 = Ф/С4- |
(1-47) |
Линеаризуя 1( 3 (ср) в выражении (1-47), получим
К а(Ф) = ^ 2ф и (/,/С1- / , Л 2- ^ ) К з = |
е. |
Найдем отсюда выражение для выходного напряжения: |
|
U9 = IxKl~ Rl-K± К*. |
(1-48) |
ІкК2 |
|
При малом значении порога чувствительности блока регулиро вания £ ä :0 и і/2 ~ і хК і Кі /і кК 2. Видно, что в этом случае ко эффициент передачи блока регулирования не влияет на выходной сигнал.
Блок регулирования состоит из нуль-органа и исполнительного механизма. В гальванометрах сравнения с ручным уравновешива нием функции исполнительного механизма выполняет оператор, а в гальванометрах с автоматическим уравновешиванием — различ ного рода электромеханические или электронные системы (двига тели, реле, шаговые искатели и т. п.). В качестве нуль-органов ис пользуют усилители тока или напряжения.
41
Блок-схема простейшего гальванометра сравнения с ручным уравновешиванием и усилителем то,ка в качестве нуль-органа при ведена на рис. 1-25. Уравнение для узлового потенциала имеет вид
Ü1(Yx + Y K+ Y 1) = ix- i K.
Ток на входе усилителя
l x - Iк |
(1-49) |
|
Ух + Ук + Уі |
||
|
В процессе уравновешивания производится установка компенси
рующего тока / к таким образом, чтобы выходной ток / 2 = 0. Тогда, приравнивая входной ток усилителя порогу чувствительности
(7Х= е), получим
|
/, = / к+ е ( і + ^ - ^ ) = / к + А/, |
|
т. |
е. измеряемый ток 7Х определяется через компенсирующий ток |
|
/,. |
с ошибкой |
|
|
А/ = е 1 |
УК+ У |
|
|
|
Уі
Погрешность измерения гальванометра сравнения определяется погрешностями установки компенсирующего тока бк и порогом чувствительности нуль-органа 6Е:
0л: = 6к+ 6е-
При использовании усилителя тока с высокой входной проводи
мостью [Ух > (Ук + Уд.)] |
погрешность |
порога чувствительности |
бе = г/Іх. Если в качестве |
нуль-органа |
используется усилитель |
тока с недостаточно высокой входной проводимостью, то погреш ность порога чувствительности в соответствии с (1-47) будет не сколько больше.
Погрешность установки компенсирующего тока 7К зависит от погрешности источника тока и погрешности делителя. Погрешность источника тока определяется его типом и, как указывалось в § 1-4, для лучших источников тока лежит в пределах (0,5—1) %. При использовании делителей тока погрешность зависит от типа рези сторов и может составлять (0,1—2) %.
Полную чувствительность компенсатора тока принято характе ризовать отношением приращения выходного сигнала нуль-органа к приращению компенсирующего тока:
о |
^ ^ 2 |
_ с с |
*^п — |
, , |
°С1 |
|
ді к |
|
где S H= К і — чувствительность |
нуль-органа; S c = УХ/(У* -f- |
|
4- Ук + Ух) — чувствительность схемы сравнения.
42
В процессе измерения чувствительность нуль-органа остается постоянной, а чувствительность схемы сравнения изменяется с из менением величины проводимости источника компенсирующего тока.
Входная проводимость компенсатора тока изменяется в процессе уравновешивания:
Іх _ Yx + УК + Уі |
(1-50) |
0 г ~~ 1— /к//.ѵ |
|
и при полном уравновешивании (Іх — / к) получаем, что YBX -> оо. Однако максимальное значение входной проводимости ограничи вается порогом чувствитель ности усилителя тока, поэтому
V |
— х |
Y |
1 вх. макс |
о |
1 1* |
В автоматических |
компен |
|
саторах для уравновешивания |
||
используется |
следящая си |
|
стема, позволяющая произво |
||
дить автоматическое |
сравне |
|
ние измеряемого и компенси
рующего |
токов. |
Основными Рис. |
1-26. Блок-схема автоматического |
|
достоинствами автоматических |
компенсатора тока |
|||
компенсаторов тока являются |
и возможность автоматиче |
|||
высокая |
скорость |
уравновешивания |
||
ской |
регистрации в течение длительного промежутка времени. |
|||
В |
автоматическом компенсаторе |
(рис. 1-26) выходной сигнал |
||
нуль-органа поступает на исполнительное устройство, управляю щее источником компенсирующего тока. Изменение компенсирую щего тока при высокой чувствительности нуль-органа происходит до тех пор, пока ток на входе нуль-органа не станет равным порогу
чувствительности последнего, т. е. I х — е.
Основные уравнения компенсатора тока с ручным уравновеши ванием применимы для расчета автоматических компенсаторов в уравновешенном состоянии. Однако в процессе уравновешивания погрешность измерения определяется динамическими ошибками следящей системы. Дифференциальное уравнение динамики сле дящей системы компенсатора при пренебрежении постоянными вре мени усилителя тока по сравнению с электромеханической постоян ной времени тэм исполнительного двигателя имеет второй порядок. Передаточная функция замкнутой цепи регулирования
|
|
Д (р )= ^ ііД )==-------К*------- , |
(1-51) |
|
|
І Х ( Р) ТэмР 3 + Р + К С |
|
где |
Яс = |
ЯУЯДЯРЯК— коэффициент передачи следящей системы; |
|
Ку, |
Я Яр, Як — коэффициенты передачи усилителя, |
двигателя, |
|
редуктора |
и компенсационного элемента соответственно. |
||
43
Д.чя исследования быстродействия автоматического компенса тора передаточную функцию (1-51) удобно записать в ином виде:
(1 + ртО (1 + рт2)
где Рі,п — 1/т1і2— корни характеристического уравнения т2р2 +
-!-2£тр-!-1=0; т1т2= т 2^ т эм//Сс; т1+ т 3=2£;т = 1 //<с; £ = 1/2 ѴЛД стэы— коэффициент относительного затухания.
Переходная характеристика гальванометра при скачкообразном изменении входного тока будет определяться величиной коэффи
циента относительного затухания: |
при |
значении £ > 1 процесс |
установления будет апериодическим, |
при |
£<П — колебательным, |
а при £ — 1 — критическим. Уравнения |
переходной характеристики |
|||||||||
имеют следующий вид |
|
|
|
|
|
|
||||
|
h (/) = 1 |
|
V |
е - , х' + — |
е- ‘т<для |
£ > 1; |
|
|
||
|
|
|
|
— |
1*2 |
LL— |
|
|
|
|
|
|
h(t) = l — (1 + |
é~‘x для £= 1; |
|
|
|
||||
h (/) = |
1— |
-i—^ |
sin( |
|
arctg-l----~ -S',)e~ £',T для |
£ < 1 . |
||||
На рис. |
1-27 показаны графики переходных процессов при раз |
|||||||||
личных величинах коэффициента относительного затухания. |
Видно, |
|||||||||
т |
|
|
|
|
|
что лучшим с точки зрения |
||||
|
|
|
|
|
быстродействия системы явля |
|||||
|
|
|
|
|
|
ется критический или близкий |
||||
|
|
|
|
|
|
к нему режим. Для критиче |
||||
|
|
|
|
|
|
ского режима время нараста |
||||
|
|
|
|
|
|
ния |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
tr= 3,5т, |
|
(1-52) |
|
|
|
|
|
|
|
т. е. почти на 60% |
больше, |
|||
|
|
|
|
|
|
чем в случае системы |
первого |
|||
|
|
|
|
|
|
порядка. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В установившемся режиме |
|||
|
|
|
|
|
|
коэффициент |
передачи |
ком |
||
Рис. 1-27. |
Графики |
переходного про |
пенсатора |
|
|
|
||||
цесса в |
автоматическом |
компенсаторе |
|
к = і к/іх= і - а е. |
||||||
тока |
при |
различных |
значениях £ |
|
||||||
При достаточно малом значении порога чувствительности (е — 0) коэффициент передачи К — 1.
Стабилизация следящей системы компенсатора отрицательной обратной связью по скорости исполнительного двигателя позволяет получить высокое быстродействие гальванометра без снижения его чувствительности. Обратная связь выполняется при помощи тахогенератора, связанного с валом двигателя, или при помощи тахомет-
44
рических мостовых схем, включаемых в цепь обмотки управления. Передаточная функция скорректированной системы имеет вид
'X УН) — — : |
> |
ЛшР +Р + Кс |
|
где тэм = М 1 "г *с) — постоянная |
времени системы, стабили |
зированной по скорости.
Для измерения тока компенсационным методом необходимо иметь источник компенсирующего тока с регулировкой тока в широких пределах. Такой источник легче всего осуществить с генератором линейно изменяющегося напряжения. При этом погрешность уста-
Рис. 1-28. Схема компенсатора с источником тока
і-іовки тока может быть сделана достаточно малой. Схема компенса тора с источником тока показана на рис. 1-28.
Линейно изменяющееся напряжение создается интегрирующим операционным усилителем ОУ с зарядной цепью ^3, Си и источни ком опорного напряжения Еи. Дифференцирование линейно изме няющегося напряжения производится цепью, состоящей из кон денсатора Сд и входной проводимости усилителя тока нуль-органа.
Рассмотрим погрешности установки компенсирующего тока. Эквивалентная схема источника линейно изменяющегося напря жения на рис. 1-28 аналогична эквивалентной схеме интегратора тока на рис. 1-20. Выходное напряжение генератора в соответствии с (1-36) имеет вид
и8 (0 = - ^ g ^ ( l - e " ' 4
где <§э = |
+ Ss -|- g,I (1 + |
Ki) — эквивалентная входная прово |
|||||||
димость |
генератора |
линейного напряжения; СЭ= С2 + |
С„ (1 + |
||||||
+ /<'1) — эквивалентная |
входная |
емкость |
генератора |
линейного |
|||||
напряжения; тэ = C3/g3 |
— эквивалентная |
постоянная |
времени ге |
||||||
нератора |
линейного |
напряжения; |
К і — коэффициент |
усиления |
|||||
операционного |
усилителя; |
US1 = ЕИц — опорное |
напряжение |
||||||
1); ЕИ— э. |
д. с. опорного источника. |
|
|
|
|||||
45