Первичных регуляторов

резисторы (варисторы) — имеют электрические характеристики, слабо зависящие от таких параметров, так температура окружающей среды, вибрация, влажность, освещенность и т. д. Для остальных групп полупроводниковых резисторов характерна существенная зависимость электрических характеристик от этих параметров, поэтому их широко используют в качестве первичных преобразователей неэлектрических величин в электрические. Электрические характеристики терморезисторов сильно зависят от температуры, фоторезисторов — от освещенности, тензорезисторов — от механических напряжений.

В связи с широким внедрением цифровых вычислительных средств, в первую очередь микропроцессоров и микро-ЭВМ (см. §8.12), во все отрасли науки и техники стала актуальной задача связи ЭВМ с различными техническими устройствами. Как правило, информация первичных преобразователей (сигналов датчиков) представляется в аналоговой форме, в виде уровней напряжения. Большая часть исполнительных устройств (электродвигатели, электромагниты и т. д.), предназначенных для автоматического управления технологическими процессами, реагирует также на уровни напряжения (или тока). С другой стороны, цифровые ЭВМ принимают и выдают информацию в цифровом виде. Для преобразования информации из цифровой формы в аналоговую применяют цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП), а для обратного преобразования — аналого-цифровые преобразователи (АЦП).

В качестве первичных преобразователей в теплотехнических приборах применяют термопары, термометры сопротивления и фотоэлементы с узкополосными фильтрами (фотоэлектрические преобразователи).

Аналого-цифровые преобразователи имеют важное самостоятельное значение. Они широко используются для связи первичных преобразователей электрических и неэлектрических величин с цифровыми вычислительными машинами, микропроцессорами и другими устройствами накопления и обработки результатов наблюдений. Отличие АЦП от ЦИП состоит в повышенном быстродействии и отсутствии цифрового отсчетного устройства.

В «Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1981—1985 годы и на период до 1990 года» большое внимание уделяется дальнейшему развитию измерительно-информационной техники для автоматизированных систем управления. Предполагается расширить производство приборов и измерительных устройств для научных исследований, контроля за состоянием окружающей среды, современных медицинских приборов и аппаратуры. В успешном решении этой задачи немаловажная роль принадлежит специалистам по информационно-измерительной технике. Для студентов этой специальности созданы учебники или учебные пособия по таким профилирующим дисциплинам, как «Теоретические основы информационно-измерительной техники», «Аналоговые измерительные устройства», «Цифровые измерительные устройства», «Измерительные информационные системы» и др. Что же касается курса «Измерительные преобразователи», предметом которого является изучение первичных преобразователей физических величин, то по этому курсу в настоящее время нет учебника, отсутствует и учебное пособие, в котором обобщенно излагались бы физические и теоретические основы первичных преобразователей, особенности их расчета и конструирования. Настоящая книга, написанная как учебник по курсу «Измерительные преобразователи», отражает опыт преподавания этого курса во Львовском политехническом институте.

Особое положение измерительных преобразователей физических величин как элементов средств измерений, приведшее к выделению самостоятельной дисциплины «Измерительные преобразователи», объясняется следующими факторами.В настоящее время существует большое разнообразие по принципу действия и конструктивному исполнению измерительных преобразователей. В то же время неуклонно повышаются требования к их точности, чувствительности, быстродействию. Следует отметить, что точность многих средств измерений, содержащих первичные измерительные преобразователи, зачастую определяется точностью именно первичных преобразователей, поскольку вторичные средства измерений достаточно совершенны.! Что касается методов коррекции характеристик первичных преобразователей посредством структурных совершенствований вторичной аппаратуры, то такое совершенствование средств измерений в целом имеет пределы по точности из-за наличия собственных шумов преобразователей и других факторов, влияющих на первичные преобразователи и линии связи их со вторичной аппаратурой. Поэтому можно

утверждать, что повышение качества первичных преобразователей будет и в дальнейшем служить главной предпосылкой повышения точности средств измерений в целом. И наконец, все большее значение приобретают измерительные преобразователи, принцип работы которых основан на новых физических явлениях. Эти преобразователи требуют более детального изучения и совершенствования, в частности уточнения их физических принципов преобразования с целью получения более достоверного уравнения преобразования и создания измерительных преобразователей с более высокими метрологическими и техническими характеристиками.

Большая работа по дальнейшему развитию вопросов теории измерительных преобразователей, систематизации физических явлений, используемых для создания первичных преобразователей измерительной информации, проведена группой ленинградских ученых — сотрудников кафедры информационно-измерительной техники Ленин-

Современное развитие и совершенствование измерительных преобразователей (как неотъемлемых элементов информационно-измерительных систем и автоматизированных систем управления технологическими процессами) и системный подход к проектированию этих средств измерений ставят новые задачи и перед разработками первичных преобразователей. Все большее внимание уделяется вопросам унификации и стандартизации конструкций первичных преобразователей, согласованию основных параметров отдельных преобразователей сложных измерительных устройств и систем, что, в свою очередь, требует совершенствования методов коррекции их характеристик. В связи с этим большое значение уделяется структурным методам коррекции характеристик первичных преобразователей как основного звена преобразователя с унифицированным выходным сигналом. Следует отметить, что только одни структурные методы не в состоянии удовлетворить целому комплексу требований, которые могут предъявляться к измерительным преобразователям и которые зачастую могут быть противоречивыми. Все это требует комплексного подхода к проектированию и использованию первичных преобразователей с учетом конкретных условий их эксплуатации при одновременном использовании конструктивных, технологических и структурных методов улучшения их характеристик. Одной из главных особенностей проектирования измерительных преобразователей является установление зависимостей между метрологическими характеристиками и конструктивными параметрами преобразователя для определения оптимальных значений последних.

> Одним из важных условий применения первичных преобразователей (ПП) физических величин в измерительных системах и в системах автоматики является линейность их функций преобразования и, следовательно, независимость статических преобразовательных характеристик от значения преобразуемой величины. Это может быть достигнуто в отдельных случаях конструкторско-технологическими приемами, в частности, использованием специальных материалов, применением специальной технологии их изготовления или специального конструктивного выполнения элементов преобразователя. Следует, однако, отметить, что эти способы далеко не всегда позволяют получить с достаточной степенью точности линейную функцию преобразования. Поэтому во многих случаях прибегают к другим, в частности, структурным методам получения линейной функции преобразования. Совокупность математических, конструкторско-технологических и структурных приемов, направленных на обеспечение с заданной точностью линейной функции преобразования, называют линеаризацией функции преобразования или линеаризацией статических характеристик. Линеаризация является отдельным частным случаем коррекции статических характеристик преобразователей, под которой понимают совокупность названных выше приемов, направленных на получение заданной (в общем случае нелинейной) функции преобразования.

При Тк -*- 0 передаточная функция WK\ (s) сколь угодно точно переходит в WK (s), т. е. в заданном частотном диапазоне теоретически возможна полная коррекция динамических характеристик первичных преобразователей. Однако постоянно присущие помехи, утечки, неизбежный шум элементов корректирующего преобразователя ограничивают область частот, в которых реально осуществима коррекция динамических характеристик.

В качестве первичных регуляторов скорости обычно используются центробежные механические регуляторы. Простейший центробежный регулятор скорости паровсы турбины имеет следующие основные элементы ( 13-8): измерительный орган 1, вращающийся синхронно с турбиной, муфту измерительного органа 2, масляный двигатель приводного механизма 3, золотник 4, пружину 5, главный клапан турбины 6 и двигатель регулятора скорости или исполнительный орган вторичного регулятора частоты 7.

На последней стадии процесса влияние оказывают наиболее медленно действующие регуляторы частоты (вторичные регуляторы), которые изменяют уставки первичных регуляторов одной или группы станций, регулирующих частоту, в результате чего последние принимают на себя небаланс мощности, возникший в системе. При этом частота в системе при наличии достаточного резерва мощности восстанавливается до нормального значения.

Если бы каждая из объединенных систем могла мгновенно регулировать свою-мощность таким образом, чтобы генерация точно соответствовала нагрузке системы при частоте 50 Гц (учитывая запланированные обмены), то частота в системах оставалась бы постоянной, а взаимный обмен происходил бы по установленной программе. Любое изменение нагрузки в каждой системе немедленно компенсировалось бы соответствующим измененем генерации. К сожалению, на практике такое регулирование осуществить нельзя. Фактически невозможно даже определить мгновенную нагрузку как сумму замеренной мощности потребления, так же как невозможно мгновенно изменить мощность, выдаваемую генераторами. Всякое различие между выходной мощностью и нагрузкой приводит к изменению частоты, которое, в свою очередь, вызывает действие первичных регуляторов, постепенно изменяющих генерируемую мощность. Действительное различие между выходной мощностью и нагрузкой можно определить только косвенным путем.

ходим учет динамических характеристик турбин, первичных регуляторов и системных регуляторов. В некоторых случаях желателен также учет влияния паровых котлов.

В качестве первичных регуляторов частоты обычно используют центробежные механические регуляторы. Простейший центробежный регулятор скорости паровой турбины имеет следующие основные элементы ( 13.8): измерительный орган /, вращающийся синхронно с турбиной, муфту измерительного органа 2, масляный двигатель приводного механизма 3, золотник 4, пружину 5, главный клапан турбины 6 и двигатель регулятора скорости или исполнительный орган вторичного регулятора частоты 7,

В качестве первичных регуляторов частоты обычно используют центробежные механические регуляторы. Простейший центробежный регулятор скорости паровой турбины имеет следующие основные элементы ( 13.8): измерительный орган 1, вращающийся синхронно с турбиной, муфту измерительного органа 2, масляный двигатель приводного механизма 3, золотник 4, пружину 5, главный клапан турбины 6 и двигатель регулятора скорости или исполнительный орган вторичного регулятора частоты 7.

менная мощность направляется из системы // в систему /. Пусть изменение частоты в объединенной системе происходит вследствие набро-са мощности в системе /. При появлении небаланса активной мощности в действие приходят первичные регуляторы в обеих системах, которые несколько увеличивают мощность всех электрических станций. В результате снижение частоты ограничивается некоторой величиной А/. Очевидно, что работа первичных регуляторов приведет к некоторому изменению обменной мощности.

Допустим, что причиной понижения частоты явилось увеличение нагрузки в системе // при перетоке мощности из системы / в систему //. Действие первичных регуляторов в этом случае приведет к возникновению режима с несколько пониженной частотой (А/ <С 0) и увеличенной мощностью, передаваемой из системы / в систему //. Если в этих условиях в действие придут вторичные регуляторы частоты в системе /, то переток мощности будет увеличиваться и может превзойти заданное предельное значение. Следовательно, нельзя допускать работу регуляторов системы /, регулирование частоты должны вести регуляторы системы //, в которой произошел наброс мощности.

На последующей стадии процесса влияние оказывают более медленно действующие регуляторы частоты (вторичные регуляторы), которые изменяют уставки первичных регуляторов одной или группы станций, регулирующих частоту, в результате чего последние принимают на себя небаланс мощности, возникший в системе. При этом частота в системе при наличии достаточного резерва мощности восстанавливается до нормального значения.

Если бы каждая из объединенных систем могла мгновенно регулировать свою мощность таким образом, чтобы генерация точно соответствовала нагрузке системы при частоте 50 Гц (учитывая запланированные обмены), то частота в системах оставалась бы постоянной, а взаимный обмен происходил¦ бы по установленной программе. Любое изменение нагрузки в каждой системе немедленно компенсировалось бы соответствующим изменением генерации. К сожалению, на практике такое регулирование осуществить нельзя. Фактически невозможно даже определить мгновенную нагрузку как сумму замеренной мощности потребления, так же как невозможно мгновенно изменить мощность, выдаваемую генераторами. Всякое различие между выходкой мощностью и нагрузкой приводит к изменению частоты, которое, в свою очередь, вызывает действие первичных регуляторов, постепенно изменяющих генерируемую мощность. Действительное различие между выходной мощностью и нагрузкой можно определить только косвенным путем.

Первичное регулирование (ПР) состоит в том, что при отклонении частоты, вызванном случайным нарушением баланса активных мощностей, участвующие в ПР энергоблоки меняют свою генерацию под действием первичных регуляторов, обеспечивая быстрое восстановление баланса и соответственно частоты. ПР, будучи по своему характеру пропорциональным, регулирует частоту со статизмом, причем участие каждого энергоблока определяется его резервом и его настраиваемым статизмом s6 = (Л///ном) /(Д/>6 /Рном б), где/ном, Д/ Рнои g, ДРд — соответственно номинальная частота и ее отклонение, номинальная мощность блока и ее отклонение под действием ПР. Первичный резерв энергоблока — это часть диапазона регулирования от текущей до максимальной мощности (учитывая ограничитель). Различают также резерв на снижение мощности — от текущей до минимальной мощности блока.