Ионизационные преобразователи.

Ионизационные преобразователи.

Ионизационные датчики превращают изменения измеряемой

величины в измерения тока ионизации, который протекает между двумя электродами.

Типичный пример использования, ионизационного принципа -

прибор для измерения кислотности раствора определяется

концентрацией в нем положительно заряженных ионов водорода,

называемой водородным потенциалом pH.

Причем pH= - log10[H]

где [H] - концентрация ионов водорода в граммах на литр.

Значение pH=0 для кислотного раствора.

pH=7 для нейтрального раствора (чистой воды).

pH=14 для чистого щелочного раствора.

 

Фотоэлектрические датчики.

ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРОЗОВАТЕЛИ

(ТЕРМОПАРЫ).

Превращают измерения температуры в изменение тока, возникающего вследствие разности температуры на спае двух разнородных материалов в которых возникает эффект Зеебека

 

Принцип действия

термопары.

Разность потенциалов U = U1 – U2, которая образуется на двух спаях (контактные потенциалы), зависят от температуры спая, и измеряется вольтметром. Таким образом, показания вольтметра отображают разность температур между спаями.

Спай, температуру которого надо изменять, называется чувствительным.

Другой спай (опорный) обычно находится при заранее известной температуре (H – p, 0 C).

Термопары изготовляются обычно виде зонта, в котором чувствительный элемент содержит две проволочки из термопарных материалов, спаянных вместе на тонком кончике спаянных проволочек м. б. помещают в среду, температура которой измеряется.

 

 

РАДИАЦИОННЫЕ ПИРОМЕТРЫ.

Радиационная пирометрия – изменение температуры тела без непосредственного контакта с ним, т. е. с использованием энергии излучения нагретого тела.

В общем случае пирометр состоит из:

1.совокупности оптических линз для фокусировки энергии излучения на преобразующем элементе;

2.преобразующего элемента для восприятия энергии излучения;

3.электронных схем для сопряжения преобразующего элемента с последующими блоками.

Принцип действия пирометра.

Преобразующий элемент пирометр выполнен в виде термопар на основе резистивных чувствительных элементов – болометров.

Пирометры могут также использоваться для обнаружения разных тел.

ИЗМЕРЕНИЯ ЗВУКА.

Основной измеряемой величиной в акустике является звук, и звуковое давление.

В воздухе звук представляет собой простое скопление волн давления, перемещающихся со скоростью = 322 м/c (над уровнем моря). Эти волны действуют в любой точке пространства как колебания давления воздуха.

Воздух – это упругая среда. Звук может распространяться в любой другой упругой среде, но в этих случаях он будет представлять собой не колебания давления, а колебания отдельных частиц напряжения илиплотности. Они имеют различную скорость прохождения в различных средах.

Измерения звука в воздухе выполняются с использованием преобразователей давления с частотными характеристиками, подобными характеристике человеческого уха. Такие приборы называют микрофонами.

Уровень звукового давления определяется

Р зд =20 log₁₀ Дэф / Доп

где Дэф – эффективное давление звука.

Доп – опорное давление звука.

Измерения уровня звукового давления включают в себя непосредственно определение давления на всех частотах звука, поэтому указанные уровни давления точно известны на этих частотах.

Измерители громкости звука и звукового давления выполняется в виде единого переносного блока, содержащего в себе схему, предусилитель и дисплей.

Наиболее распространенными типами микрофонов, используемых при звуковых измерениях, являются кристаллические (работающие на пьезоэлектрическом эффекте) и конденсаторные (работающие на емкостном эффекте) микрофоны.

Сельсины.

У сельсина одиночная первичная обмотка ротора поворачивается вместе с перемещением измеряемого объекта.

 

Три статорные вторичные обмотки, расположенные друг к другу под углом 120 град, формируют выходную обмотку.

Переменный ток возбуждает ротор (этот ток называют опорной частотой) и индуцирует выходной сигнал на трех вторичных обмотках. Соотношение между выходами соответствует положению ротора.

Обычно сельсинные системы для измерения перемещений имеют в своем составе два идентичных узла: передавающий сельсин (т. н. Сельсин-датчик) и сельсин приемник (сельсин-трансформатор или трансформатор для питания цепей управления). Оба сельсина соединяются так, чтобы перемещение ротора сельсина-датчика вызвало поворот ротора сельсина-приемника на один и тот же угол.

Поэтому сельсин-приемник м.б. Использован как база для индикаторных приборов- положение его ротора отображает угловое перемещение объекта измерений. Кроме того он выполняется для выполнения некоторой механической работы. В этом случае сельсин-приемник называется сельсином крутящего момента.

Реле.

Электромагнитное реле появилось во второй половине XIX века после изобретения электромагнита.

Само слово реле (relais) означает с франц. (пункт перегрузки, место смены лошадей). Выбор такого термина отражает то, что реле- элемент, переключающий внешние цепи нагрузки.

Основным отличием реле и приборов релейного действия от других элементов А и Т является скачкообразное изменение выходной величины y при плавном изменении входной величины x (см. рис). Это и есть определение реле.

Рис – статистическая характеристика реле

Особенностью характеристики реле является наличие 2^x прямолинейных участков. Участок АВ удовлетворяет условию dx/dy=0, участок ВС – условию dx/dy=∞.

Если скачкообразное изменение тока в выходной цепи обеспечивается не линейным, лавинообразным изменением (внутреннего сопротивления, индуктивности, проводимости) прибора без физического разрыва цепи, то такое устройство называется прибором релейного действия (рис.б).

Термореле (тепловое).

Срабатывает под влиянием температуры окружающей среды или от нагрева током, протекающим по обмотке.

Такие реле используют в качестве реле времени или для защиты электрических цепей от перегрузок по току. Реле состоит из двух плоских биметаллических пластинок, один конец которых закрепляют неподвижно, а другой связан с контактом. Биметаллическая пластинка образуется из двух слоев металла с разными температурными коэффициентами линейного расширения. При нагреве током, протекающим по обмотке, оба слоя расширяются по разному и пластина прогибается в сторону металла с меньшим температурным коэффициентом расширения. В результате изгиба замыкается контакт.

В устройстве ЖАТ применяются реле типов НМШТ-2000 и АНМШТ-380, у которых термический элемент установлен внутри кожуха и обеспечивает замедление притягивания якоря. При включении вначале замыкается цепь обмотки биметаллического элемента. Время нагрева до замыкания фронтовых контактов составляет 8-18 с при U=23.5±26.5 В и температуре окружающей среды t=20 ^оС. после нагрева замкнувшийся контакт включает обмотку основного реле.

 

Пневматические реле приводятся в действие энергией сжатого воздуха, реагируют на изменение его давления. На ж.д. транспорте применяются пневмореле поршневого типа в виде электропневматических клапанов, автоматически приводящие в действие поездные тормоза, если машинист сам не начинает тормозить.

Поршень О разделяет камеру на 2 полости. Полость М сообщается с тормозной магистралью поезда ТМ, а полость Р – с рабочей камерой РК. Обе полости соединены калиброванным отверстием Д в поршне. При одинаковых давлениях в полостях в полостях поршень не перемещается, занимая определенное положение.

 

При зарядке магистрали воздухом давление в полости М повышается, поршень перемещается вправо, контакты К размыкаются. Камера РК заряжается при перетекании воздуха через отверстие Д и давление уравнивается. При торможении давление в тормозной магистрали снижается, давление в полости Р становится больше и поршень передвигается вправо до упора, замыкая контакты.

Чувствительность реле различна при торможении и отпуске за счет различных сил трения, регулируемая фиксатором Ф, состоящим из шариков, западающих в канавку штока.

 

 

Работа магнитоэлектрического реле основана на использовании силы, действующей на рамку с током 1, размещенную в магнитном поле постоянного магнита 2.

Существуют также электродинамические реле. У них подвижная обмотка 3 располагается в магнитном поле электромагнита, состоящая из обмотки 1 и магнитопровода 2.

По характеру работы якоря электромагнитные реле разделяют на реле с поворотным якорем (а) и реле соленоидного типа (б).

 

 

 

У реле с поворотным якорем существует 3 способа возврата якоря в исходное положение при выключении обмотки:

v Под действием собственной массы (а1);

v Под действием силы упругости контактных пружин (а3);

v Под действием специальной возвратной пружины (а2).

 

Наиболее надежным является способ возврата под действием массы якоря, так как сила тяжести есть всегда, а пружина со временем теряет свойства упругости.

 

 

Эксплуатационно-технические требования к реле.

Является основным документом, определяющим условия эксплуатации реле.

Общие

1. Реле должно иметь большое число контактов при небольших размерах и весе;

2. Обладать высокой чувствительностью;

3. Иметь высокую надежность;

4. Большую коммутируемую мощность;

5. Малое время срабатывания и отпускания якоря;

6. Большой срок службы;

7. Большую износоустойчивость и ремонтопригодность;

8. Прочную конструкцию, обеспечивающую достаточную вибро- и удароустойчивость;

9. Надежно и стабильно работать при значительных колебаниях параметров окружающей среды;

10. Иметь малую стоимость.

По способности исключать опасные отказы, такие, как сваривание контактов при коротком замыкании, в цепи и замыкание якоря после выключения тока в обмотке. Реле делятся на первые и низкие классы надежности. В устройствах ЖАТС применяются преимущественно реле 1-го класса надежности.

Для реле 1-го класса существуют дополнительные ЭТТ:

1. Реле должно обладать такой надежностью, чтобы не требовался схемный контроль отпускания якоря;

2. При выключении питания отпускание якоря должно происходить под действием собственного веса якоря и связанных с ним подвижных частей, а не от упругости пружин;

3. Должна быть исключена возможность магнитного прилипания якоря к сердечнику после выключения тока (антимагнитный бронзовый штифт ставится);

4. Положение контактных пружин должно обеспечиваться принудительным соединением их между собой и якорем;

5. Конструкция контактов должна обеспечивать размыкание всех тыловых контактов при замыкании хотя бы одного фронтового и наоборот;

6. Фронтовые и общие контактные поверхности не должны свариваться при любых условиях (разнородные материалы: 1- графито-серебрянная смесь; 2- серебро);

7. Замкнутые контакты должны длительно выдерживать ток ЗА без изменения их электрических и механических параметров, а при токах до 6 А не должно возникать опасных отказов;

8. Мощность срабатывания реле отнесенная к общему контакту, должна быть не более 20 мВт;

9. Магнитная система реле должна изготавливаться из материалов, обладающих высокой магнитной проницаемостью и малой коэрцитивной силой, не подверженных заметному старению;

10. Все некоррозионно-стойкие металлические детали должны иметь противо коррозионные покрытия (оцинкованы, никелированы), а неметаллические части должны быть негорючими;

11. Для исключения попадания пыли и влаги реле должны быть закрыты прочным прозрачным влагозащитным и пломбируемым колпаком;

12. Реле должно устойчиво работать при t= - 40 +60 ^оС

13. Замкнутые контакты не должны размыкаться при вибрации с f=10I20 Гц и ускорением не более 0.6 д, а также при вибрации с f=22I50 Гц и ускорением не более 1д в вертикальном направлении по отношению к реле и в горизонтальном – в направлении движения якоря;

14. Штепсельные разъемы должны исключать возможность ошибочного вставления в розетку реле другого типа;

15. Срок службы реле определяется режимом эксплуатации и составляет от 0.5 до 20 лет.

Реле к которым не предъявляются дополнительные требования, относятся к низшим классам надежности, и они применяются в менее ответственных цепях устройств АТ и С. К этим реле не применяются требования по не свариваемости контактов и допускается возврат якоря в исходное состояние под действием упругости контактных пружин.

(КДР, РКН, РПН, РС, РСМ)

Условные обозначения реле на схемах.

 

 

Маркировка реле.

Режимы работы контактов

В работе контактов различаются 3 режима: замкнутое состояние, размыкание и замыкание цепи.

При замкнутых контактах поверхности соприкосновения прижимаются одна к другой с усилием Р_к (контактным давлением). Поверхность в месте соприкосновения состоит из выступов и впадин, поэтому касание происходит не везде, а лишь в отдельных точках. При контактном давлении происходит смятие материала, а по мере увеличения давления число точек касания увеличивается и переходное сопротивление контакта R₀ уменьшается. Наличие пыли, посторонних частиц, оксидных пленок увеличивает сопротивление R₀, действуя так же, как и неровность поверхностей. Для осуществления надежного контакта необходимо продавить пленки, очистить пыль и окислы, поэтому контакт тем лучше, чем больше Р_к и чище поверхность.

Переходное сопротивление электрического контакта может быть определено по формуле

Где а₀ – постоянная, зависящая от материала, формы, размера контакта и состояния поверхности

l₀ – зависит от формы контакта

(l₀ ≈ 0.5 – для точечных контактов, l₀≈0.5±0.7 для линейных, l₀≈1 для плоскост ных).

Длительно замкнутый контакт нагревается, R₀ меняется в зависимости от температуры, которая в свою очередь зависит от напряжения на контакте U_k.

Процессы замыкания контактов, если они происходят без вибрации, харатеризуются наличием автоэлектронной эмиссии электронов с поверхности катода, которая возникает вследствие большого градиента напряжения в момент приближения контактов друг к другу на расстояние ≈10^{-5 см. Эмиссия вызывает искру, которая не развивается в другие формы газового разряда, т.к. контакты в слудующий миг замыкаются. При наличии вибрации у контактов после первого замыкания возникает эл. дуга. При больших токах и малых расстояниях разрушаюшее действие дуги м.б. очень большим.}

Наиболее тяжелым режимом работы контактов является процесс размыкания.

При равномерном движении контактных пружин площадь соприкосновения контактных поверхностей S меняется по закону

где T – время полного размыкания контактов, t- текущий момент времени;

S₀- полная начальная площадь соприкосания.

Переходное сопротивление в месте соприкосновения контактных тел меняется по закону

 

Где R₀ – начальное переходное сопротивление замкнутых контактов.

Классификация герконов.

По следующим признакам: виду магнитной системы; характеру коммутации электрической цепи; коммутационной мощности; схеме магнитной системы; ориентации управляющего магнитного поля; типу электрического контакта; виду внутренней среды герметизированного баллона; разновидности подвижного звена; габаритам.

 

Замыкающий контрольный.

 

 

 

 

С дифференциальной

магнитной системой

 

переключающие

 

нейтральность

 

с последовательно-параллельной

системой

 

Подробно с герконами и устройствами на их основе можно ознакомиться в книге Харазов К.И. «Устройства автоматики с магнитоуправляемыми контактами», М. Энергоатомиздат, 1990.

Герконы, заполненные инертным газом, в баллоне которых находится определенное количество ртути, называют контактронами.

Под действием управляющего магнитного поля подвижной общий контакт «О» перемещается, размыкая тыловой «Т» и замыкая фронтовой «Ф» контакты. Ртуть под действием силы поверхностного натяжения по специальному капилляру («канавке») поднимается вверх и образует на контактах тонкую пленку. Это обеспечивает высокую стабильность переходного сопротивления контактов, отсутствия дребезга и сваривания.

На базе контактронов строятся реле ИВГ, которые применяются в устройствах ЖАТ.

 

 

Тяговая и механическая характеристики

Работа реле во многом определяется его тяговой и механической характеристиками.

Механическая характеристика – зависимость механических усилий, преодолеваемых при перемещении якоря, от значения хода якоря:

Для разных реле характеристика различна. Она имеет вид ломаной линии: abcd.

Механическая характеристика может быть получена измерением усилия f_м на якоре в различных его положениях (при выключенной обмотке)

d₀ – высота антимагнитного штифта;

d - ход якоря;

Q – масса якоря и груза в совокупности с сопротивлением упругих контактных пружин и силы трения.

 

Точка a соответствует началу движения якоря. При этом воздушный зазор =d, и требуется приложить к якорю силу Q. Участок ab соответствует первому этапу движения якоря, когда контактная тяга поднимается вверх и выпрямляется пружина общего контакта. Для этого требуется приложить силу f₁ и якорь перемещается на расстояние d₁. Затем контактная тяга поднимает пружину общего контакта вверх, до замыкания фронтового контакта, преодолевая ее сопротивление. Этому соответствует участок bc и сила, необходимая для этого, - f₂, а перемещение якоря- d₂.

Когда общий и фронтовой контакты замыкаются, они вместе перемещаются вверх, и сила их упругости удваивается. Этому моменту соответствует перемещение d₃, тяговое усилие f₃ на участке cd.

Механическая характеристика необходима для расчета параметров электромагнита реле. Тяговое усилие f_э, развиваемое электромагнитом, должно быть больше силы f_м, препятствующей притяжению якоря, при всех значениях d. Это условие срабатывания реле:

.

При этом , где IW- магнитодвижущая сила, А; d и S- зазор и площадь сечения воздушного зазора, см².

Таким образом срабатывание реле будет обеспечено лишь в том случае, если тяговая характеристика находится выше механической.

Тяговой характеристикой называется зависимость электромагнитного усилия от воздушного зазора между якорем и сердечником или иначе- это зависимость силы притяжения якоря, создаваемой электромагнитом, от значения воздушного зазора при постоянной магнитодвижущей силе

f_э=j(d), IW=const.

Характер тяговых характеристик разных типов реле изменяется незначительно, они имеют вид гипербол в пределах изменения зазора d_max до d_min.

Условия срабатывания реле графически выражается в том, что кривая тяговой характеристики лежит выше ломаной механической характеристики, для всех d.

Точка касания (а) выступа механической характеристики f_м и кривой f_э называется критической точкой, а магнитодвижущая сила, соответствующая ей, называется магнитодвижущей силой срабатывания.

 

Бесконтактные реле.

Трансмиттерные реле ТШ – 5.

 

Это реле имеет переключающее устройство на тиристорах VS1 и VS2. Оно предназначено для коммутации тока в рельсовых цепях частотой 25, 50 и 75 Гц при напряжении до 250 В и мощности до 500 В*А. Амплитуда предельно допустимого коммутационного напряжения не должна превышать 400 В. При большом напряжении тиристоры теряют управляемость.

Детали бесконтактного реле размещены в корпусе реле НШ. Внутри кожуха расположено также реле Р тип КДР1, контакты которого используются в схеме включения дешифраторной ячейки и в цепи управления тиристорами.

Реле управляется контактами трансмиттера КПТ. Диод VT7 и резистор R5 образуют искрогасительный контур.

Ток РЦ коммутируется тиристорами VS1 и VS2. В интервалах кода цепь управления тиристоров резисторами, и они не проводят ток.

В импульсах замыкается контакт трансмиттера КПТ и срабатывает реле Р, которое в свою очередь своим контактом замыкает цепи управления тиристоров.

При положительной полярности тока на аноде (а) тиристора VS1 ток управления проходит по цепи: Пх220, диод VD6, резистор R4, фронтовой контакт реле Р, управляющий электрод (уэ) тиристора VS1, фронтовой контакт контрольного реле К, первичная обмотка путевого тр-ра ПТ, Ох220.

Под действием тока управления тиристор VS1 отрывается и пропускает положительную полуволну.

При отрицательной полуволне переменного тока тиристор VS1 заперт отрицательным по отношению к аноду напряжением. В этот полупериод напряжение положительной полярности будет на аноде тиристораVS2 и по его цепи управления будет протекать ток: Ох 220, обмотка ПТ, фронтовой контакт реле К, диод VD5, контакт реле Р, резистор R4, управляющий электрод (УЭ) тиристора VS2, ПХ220. Тиристор VS2 скрывается и попускает вторую полуволну переменного тока.

Таким образом всё время импульса, пока замкнута цепь управления тиристоров, они поочередно пропускают полуволны переменного тока, который поступает РЦ.

После окончания импульса и размыкания цепи управления закрытый тиристор больше не открывается, а открытый тиристор закрывается вовремя похождения переменного тока через нужное значение. Оба тиристора оказываются закрытыми, и ток в РЦ не поступает до момента следующего замыкания цепи управления.

Для исключения посылки в РЦ непрерывного тока в случае пробоя одного из тиристоров установлено контрольное реле К. Оно получает питание во время интервалов кода от диодного моста, который подключен параллельно тиристорам. Для непрерывного удержания якоря реле при импульсном питании параллельно обмотке реле включены электролитические конденсаторы С1 и С2. В случае пробоя одного из тиристоров или обоих одновременно напряжение переменного тока на входе моста VD1-VD4 исчезает, реле К отступает якорь и контактом размыкает цепь питания РЦ.

При включении реле ТШ-5 контрольная реле К первоначально получает питание через собственный тыловой контакт и дополнительную нагрузку из резисторов R2 и R3. После срабатывания реле К подпитывается РЦ, а резисторы R2 и R3 отключаются.

Реле К может не устанавливаться, Если нет опасности ложной работы устройств РЦ.

 

 

Нс - коэрцитивная сила

Ву – остаточная намагниченность.

Характерной особенностью феррита является возможность получения сигнала на выходе только в переходном режиме и поэтому они имеют всегда дополнительный вход управления, обуславливающий появление сигнала на выходе.

Феррит изготавливается, как правило, в виде кольца с управляющей, входной и выходной обмотками.

Управляющая и входная обмотки наматываются так, чтобы создаваемые ими потоки были направлены встречно.

Если принять, что в нормальном состоянии остаточное намагничивание кольца равно +Ву, то намагничивающая сила управляющей обмотки д.т. положительной.

Если при этом на управляющую обмотку подать импульс, то изменение индукции кольца будет незначительным от +Ву до +Вmax, и импульс ЭДС (Евых) на выходной обмотке будет мал (1).

Если же подать предварительно отрицательный импульс на входную обмотку, то состояние кольца изменится с +Ву на –Вmax и затем после прекращения импульса на –Ву (2). РИСУНОК 1

РИСУНОК 1

 

В выходной обмотке наводится значительный импульс отрицательной ЭДС, соответствующий изменению от +Ву до -Вmax.

Для того чтобы этот импульс не мог служить источником ложного сигнала, в цепь выходной обмотки включается диод.

Если на управляющую обмотку опять подать импульс, то изменение индукции в кольце будет от -Ву до +Вmax (3).

В результате этого в выходной обмотке наводится большой импульс ЭДС, направление которой соответствует направлению включения диода.

Таким образом получается релейная зависимость.

Для компенсации паразитных выбросов ЭДС применяется установка дополнительных компенсирующих колец, создающих противо ЭДС паразитным импульсам.

 

Усилители (не электронные).

Усилитель представляет собой устройство, увеличивающее масштаб входного сигнала за счет энергии постороннего источника, при этом размерность входной и выходной величин одинаковы.

По принципу действия и конструктивному оформлению усилители делятся на электронные, магнитные, электромагнитные, диэлектрические, механические, пневмеханические и гидравлические.

Наибольшее распространение получили электронные (полупроводниковые), но также широко применяются электромагнитные и магнитные усилители.

Различают усилители мощности, напряжения или тока.

Свойства усилителей оцениваются номиналами общих характеристик элементов также к.п.д. и инертностью.

Электрические их типы дополнительно характеризуются, диапазоном усиливаемых частот, искажением формы входного сигнала по амплитуде, фазе, частоте; номинальной мощности и др.

Основной характеристикой усилителя является коэффициент усиления (передаточный коэффициент). Для усиления напряжения он вычисляется по формуле

Модуль «К» характеризует величину усиления аргумент

Характеризует сдвиг напряжения по фазе при усилении.

Если усилители имеют несколько каскадов, то тогда общий коэффициент усиления равен:

Электрический к.п.д. усилителя – это отношение переменной составляющей мощности P n к постоянной составляющей Р.

 

Т.е. к мощности, потребляемой от постороннего источника

Полный (промышленный) КПД усилителя есть отношение

,

где P-мощность, потребляемая усилителем от всех источников питания.

Инерционность усилителей- это время запаздывания в передаче управляющего сигнала при работе устройств в переходных режимах.

Диапазон усиливаемых частот- предел частот, в котором искажения усиливаемого сигнала не превышает допустимые значения. Этот показатель имеет первоочередное значение в устройствах связи при передачи звука и речи.

Искажение формы усиливаемого сигнала является основным показателем работы усилителей в автоматическом регулировании и в установках для передачи речи, а в других системах А и Т они менее существенны.

Искажения формы может быть 3-х видов: частотные, фазовые и нелинейные. Частотные искажения получаются из-за неодинакового усиления различных частот. Они характеризуются зависимостью к= (f)

Фазовые искажения определяются изменениями величины фазового сдвига усиливаемых напряжений или токов относительно входных величин, т.е. зависимостью угла сдвига фаз между векторами входного и выходного напряжений от частот (.

Нелинейные искажения изменяют форму кривой усиливаемых колебаний и вызываются нелинейными свойствами цепей.

 

МАГНИТНЫЕ УСИЛИТЕЛИ

Это электромагнитные устройства, использующие нелинейную зависимость магнитной проницаемости ферромагнитных материалов на переменном токе от величины подмагничивающего (постоянного) магнитного поля для усиления входного сигнала, который и создает это подмагничивающее поле.

Наиболее простой вариант исполнения магнитных усилителей- это дроссель с двумя обмотками: управляющей W_y- питается постоянным током входного сигнала и рабочей W_p- питается переменным током, последовательно с которой включается нагрузка Z_н. При холостом ходе (ключ К разомкнут) постоянный ток в управляющей цепи отсутствует, сердечник намагничивается только током и находится в ненасыщенном состоянии. Магнитная проницаемость сердечника и индуктивное сопротивление рабочей цепи велики, ток и мощность, потребляемая нагрузкой, малы.

 

При включении const тока (ключ R замкнут). МУ переходит в рабочий режим. Его сердечник насыщается магнитным потоком const тока, магнитная проницаемость для ≈ тока и индуктивное сопротивление рабочей цепи уменьшаются, а ток и мощность, потребляема нагрузкой, резко возрастают.

Если кривая намагничивания материала сердечника обладает большой крутизной линейной части, то можно значительно изменить напряжение и мощность в нагрузке за счет небольших изменений величины входного сигнала. I_y, т.е. усиливать этот сигнал. Этот принцип и используется в магнитных усилителях, где ∆P_n > ∆P_y

 

Коэффициент усиления

K=(P_вых-P₀)/P_у, где P_вых ­– вых. мощность;

P_у – мощ. на управление;

P₀ – мощность х. х.

Для усилителя с пермаллевым сердечником I_xx≈0 и P₀ ≈0, и

K= P_вых/ P_у=50+-250

Простейшая схема МУ обладает теми недостатками, что ≈ ток в нагрузке наряду с нечетными гармоническими содержит и четные, которые искажают форму кривой тока, и что в управляющей обмотке наводится переменная ЭДС, искажающая входной сигнал; для ее уменьшения ставит индуктивность L в цепи управления.

Четные гармоники тока в МУ меняют свою фазу при изменении направления подмагничивающего поля Ф₌. Поэтому обмотки постоянного и ≈ тока соединяются так, чтобы составляющие Ф₌ и Ф_≈ в одном из сердечников (или в одном из крайних стержней трехстержневого сердечника) совпадали по направлению, а в другом сердечнике (стержне) они имели противоположное направление.

Тогда между четными гармониками будет сдвиг фаз в 180˚

При параллельном соединении обмоток W_p в управляющей цепи ЭДС не наводится, т. к. в каждой обмотке W_y наводятся токи, одинаковые по величине и противоположные по знаку.

 

 

Ток в нагрузке равен сумме i` и i``, каждый из которых содержит четыре гармоники, по т.к. они сдвинуты на 180˚, то ток, протекающий по нагрузке, не имеет четырех гармоник. Недостаток данной схемы ­­- большая инертность МУ, т.к. параллельно соединенные обмотки W_p по отношению к постоянной составляющей магнитного потока представляют собой короткозамкнутую цепь. Эта схема применяется, если в нагрузке нужно исключить четные гармоники.

Если требуется быстрое реагирование на изменение входного сигнала, то обмотки W_p включаются последовательно. В этом случае ≈ ток нагрузке также не содржит четных кармоник.

 

 

Обмотки W_y включаются навстречу W_p, и нечетные гармоники индуктированной ЭДС компенсируются, а четные складываются.

Врезультате во входной цепи W_y появляется ЭДС удвоенной частоты, поэтму эти усилители используются как удвоители частоты.

В схеме МУ с обратной связью переменный ток обмотки W_p выпрямляется мостиком и подаётся обмотку обратной связи W_ос, что создаёт дополнительное подмагничивание IW_ос, которое увеличивает выходной ток и повышает коэф-т усиления до 3000-5000.

Серьезный недосаток МУ – их инерционность.

Конденсаторные усилители

В последнее время применяются конденсаторные усилители с прокладками из ферроэлектрического диэлектрика – титаната бария (BaTiO₃) или сегнетовой соли. Этиматериалыв отличие от обычных диэлектриков имеют нелинейную зависимость диэлектрической постоянной ξ и смещения D от электрического поля.

В принципе работы конденсаторного и магнитного усилителей многообщего, т.к. они испытывают падающую часть кривых μ=f(U) и ξ=φ(E).

Известно, что В= ξE, емкостное сопротивление X_c=1/(ωС), где С – емкость конденсатора.

Для плоского конденсатора С= ξS/d, где S-площадьпластин; d-расстояние между пластинами.

Если на конденсатор подать сигнал управления E_у, то на участке кривой АВ величина ξ падает, следовательно, емкость уменьшается, а емкостное сопротивление X_c=1/(ωС) возрастает.

Это свойство аналогично изменению магнитной проницаемости МУ и используется для получения эффекта усиления в цепи нагрузки.

Конденсаторный усилитель представляет собой мостовую схему в одну диагональ которой включается цепь уравновешивания, а в другую – источник ≈ тока с токовой стабилизацией и сопротивления нагрузки Z_н.

При отсутствии сигнала E_y (кл. К разомкн) сопротивление конденсаторов мало, через них проходит большой ток, а в цепи нагрузки течет малый ток I_н.хх.

При подаче сигнала E_y (кл. К замкнут) сопротивление конденсаторов возрастает ток уменьшатся; при условии I=const в цепи питания ток в цепи нагрузки I_н возрастает.

Достоинство конденсаторных усилителей – малаямощность управления (близка к нулю).

Недостаток – зависимость сопротивления от температур окружающей среды.

Системы телемеханики

Основные понятия

Телемеханика – это отрасль науки и техники, охватывающая теорию и технические средства контроля и управления объектами на расстоянии с применение специальных преобразований сигналов для эффективного использования каналов связи.

В А и Т применяются 3 способа управления объектами и контроля их состояния: местный, дистанционный телемеханический. Выбор способа управления и контроля зависит от расстояния между пунктом управления и объектами.

При местном способе на пункте управления (ПУ) находятся органы управления и источник питания для питания объектов. Органами управления на рисунке являются ключи S1-S3, которые включают и выключают электродвигатели D1-D3. Двигатели являются управляемыми объектами (УО).

 

Линейная батарея (ЛБ) для питания эл. двигателей распол