Устройство для градуировки щитовых электромагнитных измерительных приборов

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в производстве щитовых электромагнитных измерительных приборов при их градуировке. Устройство содержит блок 1 управления, печатающее устройство 2, калибратор 3 входных сигналов, первый фильтр 4, клеммы 5 и 6 для подключения электрической схемы градуируемого прибора, образцовый резистор 7, второй фильтр 8, двухканальный измеритель 9 временных интервалов, измеритель 10 пиковых значений напряжения, третий фильтр 11, генератор 12 прямоугольных импульсов. 3 ил.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в производстве щитовых электромагнитных приборов при их градуировке.

Известно устройство для автоматизации процессов градуировки электромагнитных приборов, содержащее калибратор, электрические управляемое печатающее устройство (шкалограф) с установленным в нем градуируемым прибором, где градуируемый прибор подключен к калибратору, связанному с блоком управления, а шкалограф содержит автоматические блоки печати и слежения за положением стрелки [1] Устройство является специализированным и имеет высокий уровень автоматизации основных операций, выполняемых при градуировке, задание входного сигнала, определение градуировочной характеристики, печать отметок и их номинальных значений.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является выбранное в качестве прототипа устройство, содержащее калибратор, электрически управляемое печатающее устройство с установленным в нем градуируемым прибором, измеритель индуктивноcти, подключенные к блоку управления, причем вход электрической схемы прибора связан с выходом калибратора и через фильтр с измерителем индуктивности. Данное устройство позволяет по индуктивности L_к катушки измерительного механизма прибора для значений входного тока I_к, соответствующих градуируемым отметкам шкалы, определить значения градуировочной характеристики ϕ_к по формуле: ϕ_к I_к, (1) где I_пр., L_пр. и ϕ_пр.. значения тока, индуктивности катушки и угла отклонения указателя на конечной отметке шкалы; L_о значение индуктивности катушки на начальной отметке шкалы.

Полученные значения градуировочной характеристики через блок управления подают на печатающее устройство, реализующее печать отметок на шкале прибора [2] Недостатком прототипа является ограничение функциональных возможностей при градуировке щитовых электромагнитных приборов. Указанный недостаток обусловлен тем, что измерение индуктивности катушки прибора производится стандартными средствами измерений из pяда ГСП, работающих на измерительных сигналах с фиксированными параметрами, что ограничивает использование данных измерителей индуктивности лишь для некоторых типов электромагнитных приборов и не имеют при этом возможности реализовать режимы подмагничивания катушки прибора напряжением до 250 В и током до 5 А. Большая мощность рассеивания на приборе при больших значениях входного градуируемого сигнала вызывает нагрев элементов электрической схемы прибора, тем самым изменяя значения параметров схемы и соответствие между поданным на прибор сигналом и положением указателя подвижной части. Поэтому отсутствие контроля за значением активного сопротивления, а соответственно и за I_киз формулы (1), ограничивает возможность градуировки прототипом вольтметров и амперметpов с большим предельным значением входного градуируемого сигнала.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства для градуировки щитовых электромагнитных приборов. Устройство позволяет определять: градуировочную характеристику приборов различных диапазонов измерений: электрические параметры схем приборов; динамические характеристики измерительного механизма прибора, определяющие качество его изготовления; причины, приводящие к выводу с градуировки бракованных приборов.

Расширение функциональных возможностей устройства обеспечивается измерением на образцовом резисторе временных характеристик и пиковых значений напряжения переходного процесса, которые пропорциональны электрическим параметрам RL-цепи электрической схемы установленного в клеммах градуируемого прибора при действии на нее напряжения вида меандр. Здесь, используя связь индуктивности L катушки прибора со значением градуировочной характеристики (1) и зависимость временных характеристик переходного процесса от значения L, по результатам измерений интервалов времени переходного процесса определяют ϕ_к для различных отклонений подвижной части прибора, вызываемых действием входного сигнала, в значениях которого прибор должен быть отградуирован. Если использовать пиковые значения напряжений переходного процесса, выделяемых на образцовом сопротивлении при подаче входного градуируемого воздействия скачком, то можно определить параметры, характеризующие динамику подвижной части прибора, определяющую качество измерительного механизма прибора, поступающего на градуировку. Тогда, получая огибающую пиковых значений напряжений, соответствующую характеру движения подвижной части, можно определить такие физические параметры прибора, как залипание, затирание, невозвращение на начальную отметку, степень успокоения подвижной части прибора.

По отношению к прототипу у заявляемого изобретения имеются следующие отличительные признаки: введение в устройство образцового резистора, подключенного между одной из клемм и шиной устройства "общий", двухканального измерителя временных интервалов и измерителя пиковых значений напряжения позволяет реализовать измерение электрических параметров цепи электрической схемы градуируемого прибора методом дискретного счета, предоставляющего возможность калибратору обеспечивать любое значение входного воздействия на электрическую схему градуируемого прибора, не воздействуя при этом на измерительный сигнал; измерение устройством активного сопротивления электрической схемы градуируемого прибора позволяет определять значения тока входного сигнала с калибратора на установленный в клеммах градуируемый прибор при изменении электрических параметров цепи электрической схемы градуируемого прибора от нагрева элементов цепи электрической схемы, установленного в клеммах градуируемого прибора протекающим током;
введение в устройство измерителя пиковых значений напряжений позволяет определять параметры прибора, являющихся частью технологических требований к прибору в процессе технологической сборки, таких как залипание, затирание, невозвращение на начальную отметку, степень успокоения подвижной части прибора.

Для осуществления измерения параметров электрической схемы установленного в клеммы градуируемого прибора применяется двухканальный измеритель временных интервалов переходного процесса в интегрирующей цепи, которая состоит из электрической цепи прибора и образцового сопротивления. Расчет индуктивности и активного сопротивления производится по формулам тока переходного процесса в интегрирующей цепи при подаче в цепь импульсного сигнала прямоугольной формы типа меандр. Восходящая и спадающая ветви тока переходного процесса в RL-цепи описываются соответствующими уравнениями:

(2) где τ= L/R является постоянной времени L/R-цепи,
Е значение амплитуды импульсного напряжения измерительного сигнала с выхода генератора импульсов.

Если контролировать ток i в моменты времени t₁ и t₂, в случае действия заднего фронта импульса, где токи соответственно равны:
(3) то можно найти значение
τ (4) Тогда
L (5)
Однако при протекании тока i через электрические элементы схемы сопротивление R меняет свое значение от нагрева током, поэтому необходимо измерять значение R. Чтобы получить R, необходимо использовать восходящую ветвь тока переходного процесса, для которого можно записать:
(6)
Если полученные выражения разрешить относительно τ
τ (7) и учитывая различие в обозначениях токов и времени при восходящей i₁ и спадающей i₂ ветвях, то можно получить значение активного сопротивления при известных значениях: t₁ при i₁₁, i₁₂ и t₂ при i_21,. i₂₂:
R (8)
Тогда значение L определяется согласно (5) с учетом различий в обозначениях и (8):
L (9)
Таким образом, если контролировать значения t₁ и t₂ между моментами достижения установленных значений токов i₁₁, i₁₂, i₂₁, i₂₂ током переходного процесса, то можно определить значение R из формулы (8) и затем определить значения L_к и тока, протекающего в электрической схеме прибора. При колебательных движениях подвижной части прибора изменяется индуктивность катушки, откуда возникает и изменение пиковых значений напряжений. Тогда при затухающих колебаниях, измеряя следующие друг за другом новые значения напряжений, можно рассчитать логарифмический декремент колебаний. Вычисляется логарифмический декремент колебаний по формуле:
v ln (10) где Т' период колебаний подвижного механизма;
U₁ и U₂ максимальное и минимальное значения огибающей пиковых напряжений в первом периоде колебания.

После определения V можно рассчитать степень успокоения β по формуле:
β (11)
Выбор граничных значений параметров обусловлен тем, что, если выбрать период следования импульсов измерительного сигнала, у которого длительность импульса равна Т/2, более чем 2˙τ то пиковое значение напряжения на образцовом сопротивлении всегда будет равно R_o˙Е/R. Ограничив значение Т < 2 ˙ τ, можно получить зависимость пикового значения напряжения не только от активного сопротивления, но и от значения индуктивности.

На фиг. 1 изображены восходящая и спадающая ветви тока переходного процесса интегрирующей LR-цепи и уровня начала и конца измерения временного интервала; на фиг. 2 функциональная схема устройства; на фиг. 3 огибающая пиковых напряжений переходного процесса для расчета логарифмического декремента колебаний.

Устройство для градуировки щитовых электромагнитных приборов содержит электрически управляемое от блока 1 управления (на фиг. 2) печатающее устройство 2 с возможностью установки в нем градуируемого прибора и калибратор 3 входных сигналов, который через первый фильтр 4 соединен с клеммами 5 и 6 для подключения электрической схемы градуируемого прибора, подключенный между клеммой 5 и шиной устройства "общий", образцовый резистор 7, соединенные с клеммой 5 через второй фильтр 8, связанные с блоком управления 1 двухканальный измеритель временных интервалов 9 и измеритель пиковых значений напряжения 10, подключенный через третий фильтр 11 генератор прямоугольных импульсов напряжения 12.

Выбор стандартных измерительных средств 9 и 10 и задающих входной градуируемый и измерительный сигналы соответственно калибратор 5, например П320, и генератор 12, например Г5-75, позволяет осуществить связь с блоком 1 управления, каким может быть любая ЭВМ, например ДВК-2М. Использование в качестве измерителя временных интервалов электронно-счетного частотомера, например Ч3-64, позволяет измерять интервалы времени в большом диапазоне и при малом амплитудном значении измерительного сигнала. При времени успокоения подвижной части 3-4 с (ГОСТ 1845-59) процедура определения значения логарифмического декремента колебаний полностью реализуется на ЭВМ, при этом значение Т'/2 и максимальное и минимальное значения огибающей пиковых напряжений из формулы (10) определяется программно при циклическом опросе блоком управления измерителя пиковых значений напряжений, в качестве которого можно использовать В4-20.

Устройство для градуировки работает следующим образом.

В печатающее устройство 2 вставляют и фиксируют в клеммах 5 и 6 градуируемый прибор со шкалой, имеющей начальную и конечную отметки. С помощью регулировки корректором и магнитным шунтом при отсутствии входного сигнала и при предельном значении градуируемого сигнала с калибратора 3 на электрическую схему градуируемого прибора выставляют указатель градуируемого прибора соответственно на начальную и конечную отметки. По командам с блока 1 управления (БУ) генератор прямоугольных импульсов напряжения (ГПИН) 12 через третий фильтр 11 подает на 6 клемму, к которой подключена электрическая схема градуируемого прибора, импульсы периодом Т и амплитудой Е, на двухканальном измерителе временных интервалов (ДИВИ) 9 устанавливаются значения токов i₁₁, i₁₂, i₂₁ и i₂₂для определения интервалов времени t₁ и t₂. По формулам 8 и 9 рассчитывается значение L_о. По команде с блока 1 управления калибратор 3 через фильтр 4 на клеммы 5 и 6 подает скачком предельное значение градуируемого сигнала и за время успокоения подвижной части градуируемого прибора блок 1 управления с измерителя 10 пиковых значений напряжения (ИПЗН) считывает в память БУ пиковые значения огибающей пиковых напряжений в первом периоде колебаний. Программно, определив из полученного массива первые максимальные U₁ и минимальные U₂ значения пиковых напряжений, по индексам этих значений в массиве при известных временных параметрах данного измерения (тактовые частоты блока управления 1 и ИПЗН 10) Т, по формулам 10 и 11 рассчитывается значение β. Если полученное значение β не удовлетворяет интервалу от 0,7 до 1, 3, что соответствует времени успокоения >1 и < 4 с, то можно сделать вывод о непригодности прибора к градуировке.

Иначе рассчитываются по формулам 8 и 9 значения L_o и I_пр при соответствующих входных градуируемых сигналах. Расчет значений углов градуируемых отметок относительно начальной отметки реализуется следующим алгоритмом:
1. По команде с блока 1 управления калибратор 3 через первый фильтр 4 подает на клеммы 5 и 6 входной градуируемый сигнал, соответствующий k-ому градуируемому значению. ДИВИ 9 через второй фильтр 8 измеряет временные интервалы t₁ и t₂ тока переходного процесса восходящей и спадающей ветви, возбуждаемого через третий фильтр 11 ГПИНом 12 и снимаемого с образцового резистора 7. По формулам 8 и 9 рассчитываются значения L_к и через значение активного сопротивления электрической цепи R-значение I_к;
2. По формуле 1 рассчитывается значение k-го угла положения градуируемой отметки относительно начальной отметки и запоминается в памяти блока 1 управления;
3. Если следующий (k+ 1)-й градуируемый сигнал с калибратора 3 не соответствует предельному градуируемому значению, то выполняется п. 1;
4. Калибратор выставляет на клеммы 5 и 6 нулевое значение градуируемого входного сигнала;
5. По команде с блока 1 управления печатающее устройство 2 печатает на шкале градуируемого прибора отметки, которые соответствуют данным, полученным в пункте 2;
6. Отсоединяют электрическую схему градуируемого прибора от клемм 5 и 6 вынимают его из печатающего устройства 2.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГРАДУИРОВКИ ЩИТОВЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ, содержащее калибратор входных сигналов, печатающее устройство, выполненное с возможностью установки в нем градуируемого прибора, блок управления, связанный с калибратором входных сигналов и печатающим устройством, клеммы для подключения электрической схемы градуируемого прибора и первый фильтр, отличающееся тем, что в него введены образцовый резистор, подключенный между одной из клемм для подключения электрической схемы градуируемого прибора и шиной "Общий" устройства, связанный с блоком управления двухканальный измеритель временных интервалов, вход которого через второй фильтр соединен с указанной клеммой для подключения электрической схемы градуируемого прибора, связанный с блоком управления измеритель пиковых значений напряжения, вход которого объединен с входом двухканального измерителя временных интервалов, связанный с блоком управления генератор прямоугольных импульсов напряжения, выход которого через третий фильтр соединен с другой клеммой для подключения электрической схемы градуируемого прибора, выход калибратора входных сигналов через первый фильтр соединен с клеммами для подключения электрической схемы градуируемого прибора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3