Самописцы в электротехнике
Пульсируют токи и напряжения в электрических цепях. Следом за их изменениями колышутся стрелки измерительных приборов. Склонясь к зеркальной шкале, поглядывая на рядом лежащие часы, исследователь 1 — бумажная лента; 2— зубчатка, приводимая в £ействие от часового механизма (сам механизм на рисунке не показан). Она перематывает бумажную ленту с ролика 3 на ролик 4] 5 — ось подвижной части прибора,она поворачивается вместе с рычагом 6, который через шарнирное соединение 8 двигает стрелку 7. Один конец стрелки соединен с роликом 0, кото- pt й ходит по направляющим плоскостям 10, На другом конце стрелки перо 11. а также указатель 13, который ходит над шкалой 12.
Фиг, 3-25. Записывающая часть регистрирующего прибора.
списывает в назначенное время одно показание за другим.
Вот ток возрос, упал. Но, право, как это скучно — точка за точкой отмечать показания. Человек слишком ценен, чтобы его долго занимать такой работой. Только при кратковременных единичных измерениях запись показаний прибора ведет человек. Если же такую запись надо вести длительное время, то эту работу перекладывают на машину, на мертвый бесчувственный механизм.
Самопишущие измерительные приборы — регистрирующие приборы-самописцы, как их сокращенно называют, ведут запись показаний лучше человека. Автоматический прибор не пропустит отсчета, не ошибется, он может фиксировать изменения, происходящие в долях секунды, и вести такую запись дни и месяцы подряд.
Но пишущие приборы (фиг. 3-25 и 3-26) значительно сложнее и дороже простых показывающих приборов. А единичные измерения приходится производить значительно чаще, нежели систематическую запись. Простые показывающие приборы выпускаются сотнями тысяч, а самопишущие в значительно меньшем количестве.
Фиг. 3-26. Регистрирующий вольтметр со снятым кожухом.
Запись медленно меняющихся процессов — таких, в которых показание от показания может отстоять на несколько секунд или даже минут, ведется на обычной бумаге.
Часовой механизм или маленький электрический двигатель перематывает с рулона на рулон длинную бумажную ленту или поворачивает диск с круглым бумажным листком. К стрелке измерительного прибора приделано перо. Оно наносит на движущуюся бумагу чернильную линию. Иногда само это перо является и чернильницей.
Оно имеет вид крохотного чайничка,носик которого чертит по бумаге. В других конструкциях самопишущих приборов пером служит тонкая трубочка, согнутая в виде буквы П. Одна ножка этого П погружена в баночку медленно сохнущих чернил (с глицерином), другая — чертит по бумаге. Трубочка действует как сифон.
Чтобы водить пером по бумаге, нужна мощность, во много раз большая, чем для отклонения легкой стрелки. Конструкция подвижной части самопишущего прибора получается более массивной, грубой и громоздкой, чем у простого показывающего прибора. Такой самопишущий прибор потребляет из измеряемой цепи во много раз большую мощность, чем простой показывающий прибор. Часто такую мощность и неоткуда взять, измерительная цепь слишком маломощна. Иногда ставят специальные усилители между измеряемой цепью и пишущим прибором.
Найдено много способов, чтобы уменьшить мощность, потребную для записи показаний.
Наименьшая работа требуется от измерительной системы при записи лучом света. На подвижном органе измерительного прибора укрепляется зеркальце. Оно отбрасывает луч на светочувствительную пластинку, движущуюся с определенной быстротой, или на фотопленку, которая перематывается с рулона на рулон. Таким путем можно записывать очень слабые токи и напряжения без предварительного усиления.
Но запись лучом света имеет и неудобства. Светочувствительная пластинка или пленка должны находиться в темной камере. Чтобы прочесть запись, ее надо предварительно проявить, зафиксировать, высушить. Это может быть хорошо в лаборатории, но мало удобно для производства, для оперативного контроля и наблюдения.
Иногда в самописцах применяется следящая система. Стрелку с пером водит взад и вперед маленький электродвигатель. Но перо не касается бумаги. Специальный отметчик определяет, в какой момент положение стрелки с пером в точности соответствует измеряемой величине. В этот момент на стрелку опускается дужка, прижимает перо к бумаге, и на бумажной ленте появляется точка.
Такие самописцы с падающей дужкой применяются часто для одновременной записи целой дюжины показаний. В промышленных печах необходимо замерять температуру в разных точках. В каждой такой точке помешается термопара. Концы от всех термопар схоДятсй К самописцу. Переключатель поочереди пересоединяет измерительный орган то к одной, то к другой термопаре. Перо все время качается взад и вперед и в каждый момент совпадения его положения с показаниями термопары дужка падает и ставит точку. Сначала точку в одной кривой, затем в следующей, и так все кривые подряд. Иногда еще добавляют такой механизм, чтобы цвет точек для разных кривых получался разный, такую запись легче читать.
Существует система записи электрической искрой. К концу стрелки прибора приделывается маленькое острие. Оно движется над бумагой на близком расстоянии, почти касаясь ее. Поэтому потери на трение малы. Время от времени к острию прикладываются импульсы высокого напряжения. Электрическая искра прокалывает бумагу. На ней остается крохотная дырочка. Так дырочка-за дырочкой отмечаются показания прибора.
На центральных электростанциях самопишущие приборы непрерывно записывают все изменения нагрузки.
Утро, начало рабочего дня, пущены на полный ход станки. Самописец фиксирует нагрузку.
Наступает обеденный перерыв. Стрелка самописца идет вниз. Нагрузка падает. Вот снова включаются отдельные потребители. Вечер. Миллионы рук тянутся к выключателям, штепселям. Вспыхивают лампочки, шипит еда на сковородках, греются чайники. Часы максимума, часы пик.
Можно нанести график изменения дневной нагрузки энергосистем на плотный картон и вырезать его (фиг. 3-27). Так можно вырезать графики день за днем в течение года и, если их все вместе составить в ящик, го получится горный ландшафт с высокими пиками — максимумами нагрузки, с ущельями в часы минимума. Над всем графиком возвышается максимум максиморум: наибольшая из всех нагрузок, нагрузка в декабрьские вечера. Маленькие долинки, плато соответствуют часам неизменной нагрузки. Изучение этой горной страны позволяет делать важные заключения о необходимых резервах мощности, о тарифах на электроэнергию, о мерах, которые необходимы, чтобы сравнять график нагрузки. Лента самопишущего прибора многое говорит и о работе каждого отдельного предприятия. Можно не заходить в цехи, а взглянуть на заводской подстанции на запись по-
Фиг. 3-27. Суточные графики изменения нагрузки большого металлургического завода.
Кривая изменения нагрузки за каждые сутки наносится на плотный картон й вырезается. Такие картоннье шаблоны изготавливаются день за днем. Поставленные один за другим такие графики за год напоминают горный ландшафт. Слева графики активной мощности, справа — графики реактивной мошнссти.
казаний амперметра или ваттметра и сразу увидеть, ритмично ли, с равномерной нагрузкой работают цехи или бывают перерывы, когда станки простаивают.
По ленте видно, сразу ли с началом смены идут на полный ход все станки. В этом случае кривая нагрузки круто поднимается вверх. Если же кривая нагрузки идет вверх вяло, медленно, значит и цех раскачивается лениво.
Чем быстрее меняются токи, напряжения, мощности, тем более легкую подвижную систему должен иметь записывающий прибор, чтобы без опоздания и искажения повторять эти колебания.
В некоторых системах быстродействующей телеграфной связи применяют ондулографы (онда по-латыни — волна). Тоненькая серебряная трубочка-сифон приделана к очень легкому железному якорю. Якорь ондулографа находится между полюсами сильного электромагнита и колеблется соответственно изменениям тока в нем.
Такой волнописец наносит на бумажную ленту извилистую черту, в которой может быть до 50 зигзагов в секунду. Каждый зигзаг размером в 2—3 мм, но никаких деталей на зигзаге уже не различить.
Значительно точнее воспроизводит изменения силы тока резец, который записывает музыку или человеческую речь на пластинку. Несколько тысяч колебаний в секунду совершает подвижная система звукозаписывающего аппарата. Но размах колебаний этого резца очень мал— доли миллиметра. Кривизну бороздок в звуковой дорожке патефонной пластинки можно рассмотреть в подробностях лишь с увеличительным стеклом. Во всех механических записывающих системах чем выше частота колебаний, тем меньше размах колеблющейся части при одной и той же действующей силе.
Чтобы получить крупных размеров кривую при малой затрате мощности на запись, есть один простой способ: вести запись световым лучом. Это делают в приборах, называемых осциллографами — записывателями колебаний.
Фиг. 3-28. Вибратор для записи электрических колебаний.
По бронзовым ленточкам В пропускается изучаемый ток. Отклоняясь в поле сильного постоянного магнита, ленточки поворачивают зеркальце А.
Между полюсами сильного магнита натягивается тончайшая бронзовая проволока или ленточка. Она имеет вид петли из двух параллельных ветвей. Эту петлю называют вибратором (шлейфом)
(фиг. 3-28), а потому и такой осциллограф носит название шлейфового. Но ничего общего со шлейфами старинных придворных платьев в этом осциллографе не найти.
Ветви осциллографического вибратора расположены с зазором в десятые доли миллиметра одна от другой.
Посредине вибратора — как раз между полюсами магнита — приклеено зеркальце размером меньше 1 мм 2 . На зеркальце бросают луч света от сильной лампы или электрической дуги. Отражение падает на вращающийся барабан (фиг. 3-29).
Когда через вибратор пускают переменный или пульсирующий ток, зеркальце колеблется между полюсами магнита и крохотный световой зайчик скользит по барабану. На барабане закрепляют светочувствительную бумагу и луч света рисует на ней черную кривую. Но надо выполнить очень много условий, чтобы эта кривая в действительности точно соответствовала кривой изменения тока в изучаемой цепи.
Бронзовые, туго натянутые ленточки подобны струнам. Толкнешь их одним импульсом — и они долго еще будут совершать постепенно слабеющие колебания. Надо лишить их этих колебательных свойств.
И магнит, и ленточки заливают прозрачным, но достаточно вязким парафиновым маслом. Масло противодействует движению ленточки, гасит ее колебания.
Источник: Электричество работает Г.И.Бабат 1950-600M
Источник
Кинематическая схема самопишущих приборов всех типов
В зависимости от структурной схемы самопишущие измерительные приборы делятся на две группы: приборы прямого преобразования (с разомкнутой схемой) и приборы уравновешивающего преобразования (с замкнутой схемой).
Приборы уравновешивающего преобразования (автоматические мосты и компенсаторы) рассмотрены в § 7-7.
В самопишущих приборах прямого преобразования применяют электромеханические измерительные механизмы,
Рис. 9-1. Устройство магнитоэлектрического самопишущего прибора
оснащенные устройствами регистрации показаний в форме диаграммы (рис. 9-1). Регистрирующий орган 1 (обычно перо специальной конструкции) фиксирует чернилами изменения измеряемой величины в функции времени на движущейся диаграммной бумаге (носителе) 2.
Диаграммная бумага для самопишущих приборов выпускается в форме ленты и диска (рис. 9-2). Лента имеет обычно по краям отверстия (перфорации), в которые входят штифты вращающегося валика лентопротяжного механизма, сообщающего бумаге поступательное движение. Дисковая диаграмма вращается вместе с металлическим диском, на котором она закреплена. Лентопротяжный механизм и металлический диск приводятся в движение синхронным электродвигателем. Скорость перемещения бумаги устанавливается в зависимости от скорости изменения измеряемой величины. Скорость перемещения дисковой диаграммы обычно невелика — за сутки один оборот. Этот вид диаграмм удобно применять для записи медленно изменяющихся величин. Бумажные ленты (длина ленты в рулоне 5-100 м) используют при длительных наблюдениях измеряемых величин.
На диаграммной бумаге нанесена координатная сетка. Когда регистрирующий орган совершает прямолинейное перемещение, координатная сетка выполняется в прямоугольных координатах (рис. 9-2, а), при угловом перемещении — в криволинейных координатах (рис. 9-2, б и в).
Рис. 9-2. Диаграммы с прямоугольной (а) и с криволинейной (б и в) координатными сетками
Запись в прямоугольных координатах более удобна, так как при этом облегчается обработка диаграмм (автоматическая расшифровка, планиметрирование). Однако поскольку указатель и перо электромеханического измерительного механизма движутся по дуге, то переход к записи в прямоугольных координатах требует применения устройства для спрямления записи.
Наличие пишущего устройства в виде пера значительно повышает трение, испытываемое подвижной частью прибора. Поэтому для уменьшения погрешности от трения в самопишущих приборах применяют измерительные механизмы со сравнительно большим вращающим моментом 
Такой момент имеют магнитоэлектрические и ферродинамические измерительные механизмы.
Магнитоэлектрические измерительные механизмы применяют в самопишущих вольтметрах и амперметрах, предназначенных для работы в цепях постоянного тока, а магнитоэлектрические логометры в сочетании с полупроводниковыми выпрямителями и другими элементами — в частотомерах для записи частоты в цепях переменного тока. Ферродинамические измерительные механизмы используют в самопишущих приборах для цепей переменного тока: в вольтметрах, амперметрах, ваттметрах.
Для одновременной регистрации нескольких измеряемых величин имеются многоканальные самопишущие приборы, состоящие из нескольких (по числу измеряемых величин) электромеханических измерительных механизмов и регистрирующих органов и один общий лентопротяжный механизм. Многоканальный прибор 
предназначен для одновременной регистрации пяти электрических сигналов постоянного тока в функции времени.
Для регистрации малых токов и напряжений в самопишущих приборах устанавливают измерительный усилитель, включенный между входными зажимами прибора и измерительным механизмом. Такой усилитель при незначительном потреблении мощности от измеряемой цепи обеспечивает необходимый вращающий момент измерительного механизма. Самопишущие приборы с измерительными усилителями при наибольшей чувствительности имеют верхние пределы измерений тока 10 мкА, напряжения 
(приборы типа 
Выпускаемые промышленностью самопишущие приборы относятся, в основном, к приборам класса точности 
Погрешность регистрации времени обычно ±0,5 %. Время установления показаний не превышает 2 с. Частотный диапазон приборов не нормируется. Практически допускаемая частота регистрируемых величин не превышает 1 Гц.
В последние годы получили распространение быстродействующие самопишущие приборы, позволяющие регистрировать
сигналы, изменяющиеся с частотой до 150 Гц. Значительное расширение рабочего диапазона частот достигнуто путем совершенствования конструкции измерительного механизма, применением соответствующих способов регистрации, а также применением электронных усилителей сигнала и специальных электрических схем для коррекции динамических погрешностей. Отличительными особенностями таких приборов являются: отсутствие шкал для визуального отсчета показаний, сравнительно узкое по ширине поле записи (не более 50 мм), наличие специальных измерительных механизмов с большим вращающим моментом 
В приборах применяют магнитоэлектрические и электромагнитные (поляризованные) измерительные механизмы; используется запись на теплочувствительной бумаге, чернильная перьевая запись, запись на бумаге под копирку. Отечественной промышленностью освоен серийный выпуск быстродействующих самопишущих приборов с чернильной записью в криволинейной системе координат (приборы типов 
и др.).
Источник
