1.3.3 Порівнювальні елементи

Призначення пристрою, що порівнює, полягає в тому, щоб зіставляти або порівнювати сигнал від вимірювального пристрою (датчика) із сигналом від пристрою, що задає, різниця що виходить між ними – неузгодженість подається на вхід наступної (за схемою рис. 1.30) ланки – підсилювача. Тому, пристрій, що порівнює іноді називають датчиком неузгодженості.

Рис. 1.30 – Принципові схеми пристроїв, що порівнюють:

1 – сельсин-трансформатор; 2 – сельсин-датчик; 3 – тиск на вході

Відома досить велика кількість пристроїв, що порівнюють, які служать для зіставлення різних фізичних величин і діючих на різних принципах. На рис.1.30 показані основні види пристроїв, що порівнюють: а) механічний диференціал – для порівняння кутів повороту двох валів; б) потенціометрична схема – для порівняння двох електрорушійних сил; в) пари сельсинів – для порівняння двох кутових показників; г) пневматична діафрагма – для порівняння тисків газу.

Існують два основних принципи, на яких заснована дія електричного пристрою, що порівнює: а) порівняння напруг або «гальванічне» порівняння; б) порівняння магнітних потоків або «магнітне» порівняння рис.1.31. Кожний з цих принципів має свої достоїнства й недоліки, які слід враховувати при виборі типу пристрою, що порівнює, для конкретного застосування.

1. Електричне («гальванічне») порівняння являє собою порівняння в одному ланцюзі двох зустрічно включених ЕРС постійного струму – однієї, що відповідає значенню, що задане, та іншому, відповідному вірному значенню. Якщо підлягають порівнянню не ЕРС, а постійні струми, то останні змушують протікати по двох активних опорах і порівнюють за допомогою зустрічного включення падіння напруги, що відбивається на опорах. Результатом порівняння в тому й іншому випадку буде невелика за величиною напруга постійного струму, знак, тобто напрямок, якої може мінятися. Наприклад, якщо потрібна точність регулювання до 0,1%, то зазначена напруга за величиною становитиме 1/1000 частки регульованої величини. Очевидно, що настільки незначна напруга не може бути безпосередньо використана для впливу на керуючий орган, тому потрібне введення підсилювача в контур регулювання.

Рис. 1.31 – Схеми зворотних зв'язків ланцюгів за напругою і струмом:

а – гальванічний зв'язок ланцюгів; б – магнітний зв'язок ланцюгів.

1 – зворотний зв'язок по напрузі; 2 – зворотний зв'язок по струму

У контурі порівняння напруг утворюється різниця між сигналами напруг від вимірювального пристрою й від еталона, що подається звичайно на вхід підсилювача. На рис. 1.32 показано, як різниця напруг від тахогенератора (сигнал швидкості) і від потенціометра, що задає швидкість, подається на котушку, що перебуває на сталевому осереді. Друга котушка цього пристрою, що є трансформатором, передає пропорційну величину напруги на вхід підсилювача. Різниця напруг може бути також підведена до обмотки збудження електромашинного підсилювача або на сітку електронного підсилювача.

Така система дає ефективне використання матеріалів. Вся мідь вхідної обмотки служить для утворення ампер-витків (сили, що намагнічує) від різниці напруг , тобто є активною.

У той же час описана схема має й недоліки. Самий головний з них полягає в тому, що ланцюги сигналів вимірювального й що задає, електрично зв'язані між собою. Крім того, в деяких САК потрібно, щоб у ланцюг вимірювального сигналу подавалися деякі додаткові сигнали для наступного порівняння загального результату із сигналом, що задає. Розглянута схема незручна для вводу таких додаткових сигналів.

Рис. 1.32 – Порівняння напруг (гальванічне)

У деяких випадках при наявності магнітної системи з котушками може встановлюватися додаткова окрема котушка для живлення її додатковим сигналом. Але її ампер-витки будуть протидіяти ампер-виткам котушки від сигналу неузгодженості е; це може привести до зсуву загального рівня сигналу неузгодженості.

2. «Магнітне» порівняння являє собою порівняння двох зустрічно спрямованих магнітних потоків або відповідних ампер-витків. Таке порівняння здійснюється за допомогою двох окремих обмоток на магнітних підсилювачах, електромашинних підсилювачах і на електромагнітних реле. У принципі магнітне порівняння можна здійснювати й на електронних лампах і напівпровідникових елементах, використовуючи для цього ефект Холу.

Магнітне порівняння має ту перевагу, що дозволяє порівнювати ампер-витки, утворені ланцюгами різної напруги.

При дуже точному регулюванні, наприклад, коли допускається помилка не більше 0,1%, кожна з обмоток порівняння повинна бути розрахована на 1000-кратну величину номінальної різниці ампер-витків, достатньої для керування.

Перетворювач вимірюваної величини й джерело що задає (еталонне) значення повинні бути розраховані на струм в 1000 разів більший чим у випадку електричного порівняння.

Якщо застосовується таке «магнітне» порівняння, то необхідно користуватися магнітною системою того або іншого виду з розміщеними на ній котушками для окремих ланцюгів. Такі пристрої саме й зустрічаються в електромашинних і магнітних підсилювачах. Магнітне порівняння може бути застосовано й в електронному регуляторі, якщо у вхідному ланцюгу поміщений насичений реактор.

Система магнітного порівняння відрізняється великою гнучкістю й універсальністю, тому що в ній може діяти багато сигналів через окремі котушки рис. 1.33. Котушки сигналів, що вимірюють й задають, так розраховані, що ампер-витки, що обумовлюються ними, у сталому стані САР взаємно врівноважуються. При наявності різниці між сигналами, тобто відповідними магнітними потоками, вона використовується для подачі на підсилювач.

Рис. 1.33 – Порівняння магнітних потоків

Основний недолік системи магнітного порівняння полягає в тому, що вона не дозволяє ефективно використовувати активні матеріали. Більша частина енергії сигналів, що вимірювальні й задають, витрачається на нагрівання котушок, а не на створення діючих ампер-витків у ввідному пристрої. Такого недовикористання можна уникнути, якщо значно збільшити розміри магнітопровода й перетину проводів котушок у ввідному пристрої. Інший шлях полягає у використанні зменшеної магнітної системи у ввідному пристрої для того, щоб слабкий сигнал, що виходить у ньому, підсилити до належного рівня за рахунок додаткових у підсилювачів.