Приладів зрівноваження)

Особливості вимірювальних приладів з замкненою структурою

Пряме коло

Структури приладів зрівноваження мають вид:

Х₀ – вихідна величина міри;

Х_к – компенсуюча величина.

а) з зрівноваженням при зміні відомої величини Х_к.

б) з зрівноваженням шляхом зміни величини х_п, яка пропорційна вимірювальній х.

в) комбінована з зрівноваженням шляхом почергової або одночасної зміни х_к та х_п.

Де: Dх = х-х_к – некомпенсація (діє на виході прямого кола);

Х_к – величина, суворо пропорційна вихідній величині у (вихідна величина зворотнього зв’язку);

Х – невідома величина (компенсуюча величина);

Dх – використовється для автоматичної підтримки стабільності К;

b - коефіцієнт перетворення ОП;

х_п – величина, пропорційна х.

Некомпенсація Dх підсилюється в прямому колі. Вихідна величина прямого кола змінюється до тих пір, поки не наступить становище

Х» х_к.

Якщо У – вихідна величина приладу, то рівняння зворотного перетворювача буде:

х_к = b×У = Х.

Таким чином встановлюється пряма пропорційність між Х та У.

Автоматично зрівноважити прилад, в якому відбувається порівняння двох величин невідомої Х та відомої х_к = к₁×х₀ можливо одним з методів:

1) Зміною х_к до величини Х = х_к. В цьому випадку відбувається компенсація Х і завдяки цьому споживання потужності від джерела вимірюваного сигнала мінімальне (схема а). По такій схемі виконана більшість приладів зрівноваження.

2) Зміною величини х_п, пропорційної Х з допомогою керованого передввімкненого маштабного перетворювача К₂ (рис. б) аж до одержання рівняння: х_п = К₂×Х = х₀.

3) Почерговою або одночасною зміною відомої величини х_к та величини х_п, пропорційній Х (рис. в) аж до одержання рівності: х_п = Х×К₂ = к₁×х₀.

Розрізняють дві групи АВП зрівноваження:

1) АВП з статичною характеристикою (АВП з с.х.). Це компенсаційні прилади з глибоким зворотним зв’язком.

2) АВП з астатичною характеристикою (АВП з а.х.). Це автоматичні компесатори (автокомпесатори) постійного та змінного струму, автоматичні мости.

Структури АВП зрівноваження слідуючі:

ИС – вимірювальна схема приладу;

ИМ – вимірювальний механізм;

РУ – регіструючий пристрій.

а) АВП з с.х.

В цих приладах (рис. а) вихідна величина замкненої частини схеми, як правило напруга або струм. Вона зручна для точного вимірювання вихідними приладами. ОП, як правило – опори або подільники. Вони прості та надійні ланки, відрізняються високою стабільністю.

М – інтегруючий перетворювач (реверсивний двигун).

б) АВП з а.х. першого роду (з однією інтегруючою ланкою).

До цих приладів (рис. б) відносятся автокомпенсатори постійного та змінного струму, автоматичні мости. Вихідною величиною замкненої частини схеми в цих приладах являється кут a або переміщення l, зручні для квантування, точного вимірювання та регістрації. Але зворотні перетворювачі a®х або l®х в цьому випадку більш складні та менш стабільні. Прилади з статичною характеристикою відрізняються від приладів з астатичною характеристикою наявністю інтегруючих перетворювачів (реверсивних двигунів). В залежності від числа інтегруючих ланок розрізняють АВП з а.х. першого роду (з одним двигуном) та АВП з а.х. другого роду – з двома двигунами.

Динамічні характеристики засобів вимірювань.

Динамічні характеристики засобів вимірювань розділяються на повні та часткові. Повною динамічною характеристикою називається характеристика, яка однозначно визначає коливання вихідного сигнала засобу вимірювання при будь-яких змінах інформаційного та неінформаційного параметрів вхідного сигнала та впливаючої величини. Частковою динамічною характеристикою називається функціонал або параметр повної динамічної характеристики (наприклад, полоса пропускання, затухання, час установлення вихідного сигнала та ін.).

Повними динамічними характеристиками являються:

- диференційні рівняння;

- імпульсна характеристика h(t);

- перехідна характеристика h’(t);

- передавальна функція W(p);

- сукупність амплітудно-частотних А(w) та фазочастотних j(w) характеристик.

Частковими динамічними характеристиками являються:

- окремі параметри повних динамічних характеристик, наприклад, постійна часу, час запізнення;

- характеристики, які лише частково характеризують динамічні властивості засобів вимірювань, наприклад час установлення вихідного сигнала.

Динамічні властивості АВП зрівноваження

(компесаційних приладів).

При одній ланці в прямому колі передавальна функція замкненої частини АВП зрівноваження буде:

,

де: кп – компенсійного перетворювача (приладу);

К(р) – передавальна функція;

b(р) – коефіцієнт передачі зворотного перетворювача.

При трьох ланках в прямому колі:

З урахуванням того, що:

зображення некомпесації

,

тобто, некомпесація АВП зрівноваження Dх залежить від коефіцієнтів перетворення та закона зміни Х. Градуювання вимірювального приладу при 10…15 значеннях Х, тому некомпенсація враховується при градуюванні по всій шкалі і в статичному режимі роботи приладу похибки не створює.

В усталених режимах (тобто при Х=const; dx/dt=const; d²x/dt²=const) вихідна величина У як функція величини некомпенсації Dх буде:

У(р) = К₁(р)К₂(р)К₃(р)Dх(р) = К(р)×Dх(р).

Передавальна функція прямого кола (при наявності в ньому інтегруючих ланок) буде:

В цьому випадку зображення вихідної величини:

Знаючи зображення У(р) визначимо її оригінал У(t) як функцію часу при різних значеннях некомпесації Dх.

Скористаємося теоремою про кінцеві значення часової функції при t=¥ в її оберненому вигляді.

.

В АВП зрівноваження з статичною характеристикою при DХ(р) = DХ₀ = const та відсутності інтегруючих ланок (n=0) стале значення вихідної величини буде:

.

При DХ₀ = 0 вихідна величина У_уст та компесуюча х_к рівнялися б нулю, тобто в компесаційних приладах повна компенсація неможлива.

В АВП зрівноваження з астатичною характеристикою першого порядку (при наявності в прямому колі однієї інтегруючої ланки n=1) зображення вихідної величини буде:

.

Так як в цьому випадку при DХ¹0, У_уст безперервно зростає, перша похідна (при DХ(р) = DХ₀) буде:

,

тобто DХ₀ залежить від швидкості зміни Х.

При DХ₀ = 0, У_уст = const (постійна за значенням).

В режимі повної компенсації вхідна величина також постійна Х = const.

Режим повної компесації в автокомпесаторах з астатизмом першого роду теоретично можливий тільки при незмінності вхідної величини (х = const).

В АВП з а.х. другого порядку (з двома інтегруючими двигунами, тобто n=2) після аналогічних перетворень маємо:

.

Тобто, Dх₀ залежить тільки від другої похідної х’’(t). В таких приладах можлива повна компенсація (тобто Dх₀=0) не тільки при У = const та X = const, але й при dy/dt=const та dx/dt=const.

АВП з а.х. другого порядку (з двома інтегруючими двигунами) являються структурно нестійкими системами і можуть працювати стійко тільки при введенні гнучких стабілізуючих зворотних зв’язків.

Дата добавления: 2014-01-15