Электроизмерительные приборы. Элементы измерительных установок. Лекция 2

Контроль и измерения параметров в бурении и на горно-разведочных работах
Применяется измерение неэлектрических величин электрическими методами:
масса бурового снаряда;
расход промывочной жидкости;
скорость бурения

Эти методы обеспечивают существенные преимущества:
непрерывность измерения без нарушения технологического процесса;
возможность измерения на расстоянии;
более высокую точность и чувствительность измерения.

Принцип измерения
Неэлектрическая величина с помощью измерительного преобразователя преобразуется в зависимую от нее электрическую величину, которая измеряется электроизмерительным прибором.
Шкала электроизмерительного прибора градуируется в этом случае в единицах измеряемой неэлектрической величины.

Для измерения неэлектрической величины электрическим методом необходимы два элемента: измерительный прибор и измерительный преобразователь.

Показывающие электроизмерительные приборы непосредственной оценки
Классифицируются по:
роду измеряемой величины
системе измерительного механизма.

Магнитоэлектрические системы
Достоинства:
равномерность шкалы,
высокая точность и чувствительность,
малая зависимость показаний от внешних магнитных полей,
небольшое потребление мощности.

Приборы магнитоэлектрической системы могут измерять только постоянные токи. Измеряемые ими переменные токи предварительно преобразовываются в постоянные - с помощью выпрямителей или термопар.

Приборы сравнения
Это измерительные мосты и приборы компенсационной системы

Состоит из:
четырех сопротивлений (называемых плечами моста);
гальванометра, включенного в диагональ;
источника постоянного тока, включенного в другую диагональ.
Мост постоянного тока

В этой схеме возможны два состояния:
равновесие моста - потенциалы противоположных точек одинаковы, вследствие чего ток через гальванометр не проходит;
Неуравновешенное состояние моста - потенциалы противоположных точек неодинаковы, вследствие чего через гальванометр проходит ток.

Приборы компенсационной
системы
В них измеряемое напряжение сравнивается с известным напряжением, входящим в измерительную цепь.

В процессе сравнения известное напряжение изменяется до тех пор, пока не станет равным по величине и противоположным по знаку измеряемому напряжению. При этом происходит компенсация, результирующее напряжение становится равным нулю, что и фиксируется высокочувствительным измерительным механизмом.

Метод компенсации может применяться на постоянном и на переменном токе.
При измерении параметров бурения используются компенсационные приборы переменного тока.

Для уравновешивания переменного напряжения компенсирующим напряжением должны быть выполнены следующие условия:
равенство частот измеряемого и компенсирующего напряжений;
сдвиг фаз этих напряжений на 180°;
равенство амплитуд этих напряжений.

Самопишущие приборы
Измеряют и регистрируют контролируемую величину.
На кольце 1, заменяющем показывающую стрелку, укреплено капиллярное перо 2; в это перо поступают чернила из неподвижной чернильницы 3. Диаграммная бумага имеет отверстия, в которые входят штифты тянущего барабана 5, вращаемого синхронным электродвигателем.
Таким образом обес­печивается равномерное протягивание бумаги с заданной ско­ростью.

Если во время продвижения бу­маги контролируемая величина не изменяется, кольцо с пером остают­ся неподвижными и на бумаге вы­черчивается прямая линия.
При из­менении контролируемой величины подвижная система электроизмери­тельного прибора перемещается, что приводит к изменению положения кольца с капиллярным пером, благодаря чему на ленте регистрируются все изменения контролируемой величины.
Измерительный механизм самопишущего прибора с непрерывной записью должен обладать сравнительно большим вращающим моментом с тем, чтобы трение пера о бумагу не вызывало значительного увеличения погрешности. Наиболее подходящей для самопишу­щих приборов постоянного тока является магнитоэлектрическая система, а для переменного — ферродинамическая.

В некоторых измерительных установках на одной и той же достаточно широкой диаграммной бумаге производится одновременная регистрация нескольких различных параметров, каждый из которых воздействует на соответствующий электроизмерительный прибор, имеющий свою подвижную систему и капиллярное перо.

Измерительный преобразователь
Средство измерений, предназначенное для преобразования измеряемой величины в величину, воздействующую на измерительный прибор.
Используются для:
измерений,
в средствах автоматики,
сигнализации,
Телемеханики.

Измерительные преобразователи
делятся на две основные группы:
параметрические генераторные

Параметрические преобразователи
В них неэлектрическая величина воздействует на один из электрических или магнитных параметров:
активное сопротивление,
индуктивность,
емкость,
магнитную проницаемость.

Параметрические преобразователи – это реостатные, контактные, терморезисторные, индуктивные, ёмкостные и магнитоупругие преобразователи, а также преобразователи, использующие внутренний фото-эффект.

При использовании источника постоянного тока - те элементы, для которых требуется напряжение, равное напряжению источника, подключаются к нему непосредственно.
Преобразователи применяются, если требуются переменные напряжения или напряжения постоянного тока, отличающиеся от напряжения источника питания.

Преобразователи - преобразуют напряжение источника постоянного тока в переменное напряжение, которое с помощью трансформатора повышается или понижается до требуемой величины и подается на элементы в зависимости от потребности непосредственно или через выпрямитель.

Самостоятельно в словаре записать определения преобразователей (Овчаренко В. М. Основы автоматизации контрольно-измерительные приборы на буровых и горно-разведочных работах):
реостатный,
контактный,
терморезисторный,
индуктивный,
ёмкостной,
магнитоупругий,
фотоэлектронный,
тахогенераторами,
пьезоэлектрический,
радиоактивные

Элементы измерительных
установок (ЭИУ)
Классифицируются по:
выполняемой ими функции;
физическим принципам, лежащим в основе их действия.

По выполняемой функции ЭИУ подразделяются на:
выпрямители, стабилизаторы и преобразователи напряжения, обеспечивающие электропитание измерительных установок и средств автоматики;
усилители, предназначенные для усиления сигналов;
переключающие устройства, предназначенные для переключения электрических цепей;

распределительные элементы, обеспечивающие распределение сигналов по различным электрическим цепям (каналам);
исполнительные элементы, предназначенные для перемещения управляемых объектов;
счётчики электрических импульсов.

По физическим принципам действия
ЭИУ подразделяются на:
электромеханические, в которых электрическая энергия преобразуется в механическую или наоборот;
электротепловые, в которых электрическая энергия преобразуется в тепловую или наоборот;
электромагнитные, работающие на принципе взаимодействия между электрическим током и магнитным потоком;

электронные, в которых используется перемещение электронов в вакууме или в полупроводниках;
ионные (газоразрядные), в которых используется перемещение электронов и ионов в газах;
радиоактивные, в которых электрические сигналы возникают в результате радиоактивного излучения;
пневматические, использующие энергию сжатого воздуха или газа;
гидравлические, в которых используется энергия жидкости под давлением.

осуществляется в зависимости от условий эксплуатации,
от источников переменного или постоянного тока.
Электропитание измерительных установок и средств автоматики, применяемых в бурении и на горно-разведочных работах
Отдельные элементы (например, электронные усилители) должны всегда питаться постоянным током, а другие элементы (например, асинхронные двигатели) — переменным током, причем требуемые для них напряжения часто отличаются от напряжения применяемого источника питания.

Стабилизаторы
Предназначены для обеспечения постоянства питающих напряжений. Стабилизация напряжения переменного тока осуществляется обычно с помощью феррорезонансных стабилизаторов, а постоянного тока с помощью электронных стабилизаторов.

Сглаживающий фильтр должен отсеивать переменные составляющие выпрямленного импульсного тока, а постоянную составляющую пропускать на нагрузку по возможности без потерь, и таким образом обеспечивать снижение пульсации выпрямленного напряжения до заданного уровня.
Сглаживающие фильтры
Уменьшают пульсацию выпрямленного напряжения
Включаются между выходными зажимами выпрямительной схемы и нагрузкой.

Феррорезонансные стабилизаторы
напряжения
основаны на явлении феррорезонанса токов или феррорезонанса напряжений
Феррорезонансные напряжения применяются чаще, так как обладают более высоким к.п.д. и меньшей зависимостью от характера нагрузки.

Параметрический стабилизатор
Принцип работы:
При изменении входного напряжения изменяется сила тока, проходящего через балластный резистор и стабилитрон. При этом падение напряжения на стабилитроне остается постоянным, а падение напряжения на балластном сопротивлении изменяется пропорционально току. Если входное напряжение увеличивается, на-пример на 2 В, то напряжение на балластном сопротивлении также увеличивается на 2 В, а так как напряжение на стабилитроне остается все время постоянным, то выходное напряжение не изменится.

Преобразователи напряжения
Применяются при питании аппаратуры от источника постоянного тока в тех случаях, когда для отдельных элементов аппаратуры требуются питающие напряжения более высокие, чем напряжение источника питания.
Основными элементами транзисторного преобразователя напряжения являются электронный генератор и трансформатор.

Усилители
Устройство, в котором происходит увеличение энергии входного сигнала за счёт энергии внешнего источника.
Усилители подразделяются на:
электронные, магнитные, электромагнитные, механические, гидравлические и пневматические.
Важнейшим параметром каждого усилителя является коэффициент усиления, показывающий, во сколько раз усиливаемый сигнал на выходе усилителя больше, чем на его входе (коэффициент усиления по напряжению, по мощности и т.д.).