Статична характеристика модуля описується рівнянням

(3.1)

де всі сигнали в (3.1) виражені у відносних величинах від номінального діапазону їх зміни: полярність сигналу неузгодження ε «+» («–») відповідає напрямку дії блока в бік збільшення (змен­шення) вихідного сигналу блока.

Рисунок 3.1 – Функціональна схема блока Р17

Ланцюги вхідних сигналів модуля гальванічно зв’язані один з одним та з вихідним ланцюгом модуля.

3.2 Принципову електричну схему модуля ИТ002.1 подано на рисунку 3.2. Вузол підсумовування та масштабування містить резистори R 1- R 4, R 11, R 13- R 16 та потенціометр R 7, за допомогою якого встанов­люється масштабний коефіцієнт α 2.

Підсилювач містить ОП А 1- А З. Мікросхема А 1 працює за принци­пом модуляції-демодуляції сигналу постійного струму (MДМ) та містить внутрішній модулятор на польових транзисторах, підсилю­вач змінного струму, демодулятор та генератор. Частота генерації внутрішнього генератора ОП А 1 залається конденсатором С 3 та стано­вить 20 кГц. Сигнал змінного струму з вихіду ОП А 1 підсилюється ОП А 2 та демодулюється внутрішнім демодулятором ОП А 1.

ОП A 3 працює як кінцевий підсилювач постійного струму та одночасно виконує фільтрацію демодульованого сигналу з постійною часу T_И = R 40· C 7. Коефіцієнт передачі підсилювача в цілому (1000) визна­чається величиною резистора R 38, встановленого в жорсткому НЗЗ.

На виході підсилювача підключено пристрій захисту, що містить резистори R 8- R 10 та забезпечує максимальний негативний сигнал на виході вимірювального модуля при обриві лінії термоперетворювача. Цей сигнал забезпечує закриття регулюючого органу або зниження потужності регульованого апарата при обриві лінії.

Вузол коректора містить резистивну матрицю R 27- R 31, що пе­ремикається замикачами S 1- S 4 та виконує дискретне встановлення сигналу коректора, та потенціометр R 26, за допомогою якого вико­нується плавна зміна цього сигналу. Сумарна напруга сигналу коректора виділяється на резисторі R 12.

Вузол компенсації містить резистори R 12, R 17 та R 19, що ра­зом із мідним резистором R_m, встановленим у коробці холодних спаїв КХС-МК, складають компенсаційний міст.

Рисунок 3.2 – Принципова електрична схема модуля ИТ002.1

Резистори R 25, R 20- R 22 складають дискретний дільник, що за допомогою перемичок на зовнішніх клемах блока забезпечує встановлення необхідного зна­чення напруги на мідному резисторі R_m у відповідності з градую­ванням термоперетворювача, що використовується.

Для термоперетворювача градуювання ПР30/6-68, що не потребує термокомпенсації ЕРС холодних спаїв, мідний резистор з схеми виключається та замінюється термонезалежним резистором R 48. Змінний резистор R 23 призначений для балансування компенсаційного моста.

Джерело опорної напруги виконано на ОП А 4 та транзисторі V 2. Величина опорної напруги задається стабілітроном V 1. За допомогою змінного резистора R 42 підстроюється величина вихідної напруги джерела U_ОП.

4 Регулювальний модуль Р017.1

4.1 Функціональну схему модуля Р017.1 подано на рисунке 3.1. Модуль містить вхідний підсилювоч 7, інтегратор 8, диференціатор 9, суматор 10, вихідний підсилювач 11, перетворювач напруги у струм 12, обмежувач 13, вузол безударного перемикання 14.

Вхідний підсилювач 7 сприймає вхідний сигнал Х 0, що дорівнює сигналу неузгодження ε, та перетворює його за аперіодичним зако­ном з коефіцієнтом пропорційності К_П та постіною часу Т_ДФ.

Сигнал з виходу підсилювача 7 надходить навхід інтегратора 8, що інтегрує його з постіною часу Т_И, та на вхід диференціатора 9, що диференціює його з постіною часу Т_Д. Сума сигналів вхідного підсилювача, інтегратора та диференціатора, що одержана на виході суматора, надходить на вихідний підсилювач 11, що формує вихідний сигнал модуля за напругою Y 1. Суматор та вихідний підси­лювач охоплені НЗЗ через вузол дискретної зміни коефіцієнта пропорційності К_П («Множитель К_П»). Величина диференційної складо­вої закону регулювання обмежується за допомогою нелінійного еле­мента в НЗЗ, який зв’язує вихід суматора з входом диференціатора. Вихідний підсилювач 11 також керує перетворювачем напруги на струм 12, що формує вихідний струмовий сигнал модуля Y 2. Обмеження вихідних сигналів за мінімумом та максимумом забезпечується ре­гульованими пороговими пристроями обмежувача 13, що знаходяться в НЗЗ вихідного підсилювача. Одночасно обмежується вихідний сиг­нал інтегратора.

Вихідний підсилювач 11 керується вузлом безударного переми­кання режимів роботи модуля, що складається з реле з контактами, що перемикаються. В режимі ручного керування ланцюг живлення об­мотки реле замикається зовнішним перемикачем керування, реле спрацьовує та перемикає вихід суматора 3 входу вихідного підсилю­вача на вхід інтегратора. Вихідний підсилювач при цьому ке­рується сигналом ручного керування, що надходить від зовнішньо­го блока керування, а вихідний сигнал цього підсилювача відслідковується інтегратором через суматор.

ПІД-закон регулювання реалізовано при всіх включених складо­вих закону регулювання

(3.2)

де Y_i(s), ε(s) – зображення за Лапласом, відповідно, вихідного сиг­налу модуля та сигналу неузгодження, виражених у відносних одини­цях від номінального діапазону їх зміни.

ПІ-, ПД-, П-закони регулювання реалізовані при вимкнутих відповідно Д-, І- та ІД-складових.

Ланцюг вихідного сигналу модуля гальванічно зв’язаний з лан­цюгами вихідних сигналів, що є вихідними сигналами блоку в ціло­му.

4.2 Електричну принципову схему модуля Р017.1 подано на рисунку 3.3. Вхідний підсилювач побудований на ОП А 1 з високоомними входами. Згладжування пульсацій вхідного сигналу модуля вико­нується за допомогою аперіодичної ланки- R 11- C 2, включеної на вході ОП. Коефіцієнт пропорційності К_П плавно регулюється потенціометром R 20 «К_П», постійна часу демпфування – змінним резистором R 11 «Т_ДФ». Вхідний підсилювач балансується підстроєчним резисто­ром R I7. Параметри К_П та Т_ДФ зв’язані з параметрами схеми співвідношеннями:

(3.3)

(3.4)

де α_КП = 1; 10 – в залежності від положення замикача S3 («×1»; «×10»);

β =0,03…1 – доля вихідної напруги ОП А1, що знімається з движка потенціометра R 20 відносно ОТ схеми;

α_R11 – положення движка потенціометра R 11;

R 11 – величина повного опору потенціометра R 11, МОм:

С 2 – величина ємності конденсатора С 2, мкф.

Інтегратор побудовано на OП А 2 з високоомними входами. Постійна часу інтегрування Т_И регулюється плавно потенціометром R 1 «Т_и» та дискретно з допомогою комутаційних гнізд S 1 («×1»; «×10»; «Выкл»). Величина Т_и зв’язана з параметрами схеми співвідношенням

(3.5)

де α = 0,1…1 – доля вхідного сигналу інтегратора, що знімається з точки з’єднання резисторів R 3, R 4 відносно ОТ схеми при даному положенні движка потенціометра R 1;

R_И – величина опору в МОм, причому в положенні замикача S 1 «×1»; R_И = R 9 в положенні замикача S 1 «×10»;

C 4 – величина ємності конденсатора С 4, мкф.

При встановленні замикача S 1 в положення «Выкл» вихідна нап­руга інтегратора дорівнює нулю при будь-якому вхідному сигналі. Інтегратор балансується змінним резистором R 18.

Рисунок 3.2 – Принципова електрична схема модуля Р017.1

Диференціатор побудовано на ОП A 3 з високоомними входами. Постійна часу диференціювання Т_Д регулюється плавно потенціометром R 21 «Т_Д» та дискретно за допомогою замикача S 2 («×1», «×10», «Выкл»). Величина Т_Д зв’язана з параметрами схеми співвідношенням

(3.6)

де α = 0,1...1 – доля вихідної напруги мікросхеми A 3, що знімається з точки з’єднання резисторів R 26, R 27 відносно ОТ схеми при дано­му положенні движка потенціометра R 21;

R_Д – величина опору в МОм, причому в положенні замикача S 2 «×1»; R_Д = R 15 в положенні S 2 «×10»;

С 1 – величина ємності, мкф.

При встановленні замикача S 2 в положення «Выкл» вихідна нап­руга диференціатора дорівнює нулю при будь-якому вхідному сигналі. Суматор виконано на ОП А 4. Вихідні сигнали інтегратора та диференціатора, а також сигнали НЗЗ з виходу вихідного підсилювача підсумовуються на неінвертуючому вході ОП. Вихідний сигнал вихідного підсилювача та сигнал місцевого НЗЗ подаються на інвертуючий вхід ОП А 4.

Вихідний підсилювач виконано на ОП А 7та транзисторі V 15, що працює в режимі емітерного повторювача. Вихідний сигнал емітерного повторювача надходить на вихід блока по напрузі Y 1 (0-10 В) та на вхід перетворювача напруги у струм. Вихідний підсилювач та суматор охоплені НЗЗ через резистор R 41.

Перетворювач напруги у струм виконано на ОП А 6 та транзис­торах V 12, V 14, охоплених глибоким послідовним НЗЗ, що знімається з резистора R 60 при діапазоні вихідного сигналу 0-5 мА. У діапазоні вихідного сигналу 0-20 або 4-20 мА паралельно резистору R 60 за допомогою зовнішніх перемичок підключаються резистори, відповідно, R 66, R 67.

Початковий рівень діапазону 4-20 мА задається від дже­рела опорної напруги -10 В, що розташоване у вимірювальному або регулюючому модулі, через резистор R 68 за допомогою перемичок на клемах блока. Струм колектора транзистора V 14 подається на струмовий вихід Y 2 блока.

Обмежувач вихідного сигналу містить ОП А 5, А 8, що працюють у режимі порогових елементів, та джерело опорної напруги -10 В, побудоване на транзисторі V 16. Опорна напруга подається на потен­ціометри R 32 та R 72, за допомогою яких встановлюються відповідні рівні обмежень. Вузол безударного перемикання режимів роботи містить реле К 1 з перемикальними контактами. В режимі ручно­го керування на вхід вихідного підсилювача через резистор R 44 подається сигнал напруги 0-10 В від зовнішнього блока керування. Сигнал, пропорційний вихідному сигналу вихідного підсилювача, через резистор R 41 надходить до суматора, а з його виходу через контакти реле К 1 – до входу інтегратора, що відслідковує вихідний сигнал блока та забезпечує безударне перемикання з руч­ного керування на автоматичне та навпаки.

5 Органи налаштування та контролю

5.1 На панелі модуля ИТ002.1 розташовані такі органи налаштування та контролю:

– «Koppeктор» – потенціометр для балансування модуля при ненульових вхідних сигналах;

– «Уст. 0» – потенціометр для балансування модуля при нульо­вих вхідних сигналах:

– комутаційні гнізда з замикачами для дискретної зміни діапазону дії потенціометра «Koppeктор»;

– «α 2» – потенціометр для встановлення масштабного коефіцієнта передачі за входом Х 2;

– «ε» – контрольне гніздо для підключення вольтметра при вимірюванні сигналу неузгодження відносно загальної точки «ОТ».

5.2 На панелі модуля Р017.1 розташовані такі органи налаштування та контролю:

– «К_П» – потенціометр для встановлення коефіцієнта пропорційності блока;

– «Т_И», «Т_Д», «Т_ДФ» – потенціометри для встановлення постійних часу інтегрування, диференціювання та демпфування, с;

– комутаційні гнізда із замикачами для дискретної зміни мас­штабних коефіцієнтів для потенціометрів «К_П», «Т_И», «Т_Д» або їх відключення – «×1», «×10», «Выкл»;

– «Ограничение макс» та «Ограничение мин» – потенціометри для встановлення рівня обмеження вихідного сигналу блока за максимальною та мінімальною величинами;

– «Y» – контрольне гніздо для підключення вольтметра при вимірюванні вихідного сигналу блока відносно загальної точки «ОТ».

6 Порядок виконання роботи

Частина 1. Збалансувати вимірювальний модуль, перевірити градуювання потенціометра «α 2» та діапазон дії коректора

Дослід 1. Балансування вимірювального модуля

1.1 Встановіть усі органи налаштування вимірювального моду­ля у крайнє ліве положення. Всі замикачі діапазону дії коректора встановіть у положення «0».

1.2 Подайте сигнал неузгодження ε з виходу модуля (клеми 4, 17) на вхід «V» індикатора В12.

1.3 Збалансуйте вимірювальний модуль потенціометром «Уст. 0».

Частина 2. Перевірка градуювання органів налаштування регулюючого модуля Р017.1

Дослід 2. Визначення градуюванням іадтенціометра «α 2»

2.1 Подайте вихідний сигнал модуля на вольтметр В5.

2.2 Подайте на вхід Х 2 сигнал постійного струму Іе ≤ 4 мА від джерела струму (ДС) ЗУ05.

2.3 Виміряйте вихідний сигнал модуля U_a. Обчисліть коефіцієнт передачі модуля щодо входу Х 2 за формулою

(3.7)

та відносну похибку встановлення коефіцієнта σα 2 у процентах. Результати вимірювань та обчислень занесіть до таблиці 3.2.

2.4 Повторіть п. 2.3 для 3 положень потеціометра «α 2».

2.5 Побудуйте графік α 2 ^Д = f (α 2 ^Г).

Таблиця 3.2

α 2 Г	Іе	Uа	α 2 Д	σα 2
В/мА	мА	В	В/мА	%

Дослід 3. Перевірка дії обмежувача вихідного сигналу

3.1 Зберіть схему для сумісної роботи блоків Р17 та БУ12. Подайте вихідний сигнал блока Р17 на міліамперметр.

3.2 Встановіть на блоці Р17: потенціометр «К_П» – у крайнє праве положення, замикач «Множитель К_П» – у положення «×1», інші органи налаштування –у крайні ліві положения; на блоці БУ12: перемикач керування – у положення «А», ручку «Р» – у положення «0».

3.3 Для 4-5 положень потенціометра «Ограничение мин» виміряйте вихідний сигнал I_e. Результати вимірювань занесіть у таблицю 3.3.

3.4 Подайте на вхід Х 21 сигнал від ДС такої амплітуди, щоб встановити вихідний сигнал блока І_а = 5 мА.

3.5 Виконайте п. 3.3 для потенціометра «Ограничение макс».

3.6 Побудуйте графіки І_а = f (α _{огр мин}) та І_а = f (α _{огр макс}).

Таблиця 3.3

α огр мин	Іа	Іа	α огр макс	Іа	Іа
%	мА	%	%	мА	%

Дослід 4. Визначення градуювання потенціометра «К_п»

4.1 Встановіть усі органи налаштування регулюючого модуля у нульові положення, замикач «Множитель К_п» – у положення «×1».

4.2 Відключіть інтегральну та диференціальну складові закону регулювання, для чого встановіть замикачі «Т_и» та «Т_Д» у положення «Выкл».

4.3 Подайте вихідний сигнал модуля на міліамперметр та встановіть перемичку між клемами 17, 15.

4.4 Подайте струмовий сигнал І_е від ДС на вхід Х 2І модуля такої амплітуди, при якій вихідний сигнал І_а ≤ 4 мА.

4.5 Виміряйте вихідний сигнал І_а та обчисліть значення коефіцієнта передачі модуля за виразом

(3.8)

Обчисліть відносну похибку σК_п у процентах. Результати вимірювань та обчислень занесіть до таблиці 3.4.

4.6 Виконайте пп. 4.4, 4.5 для 3 положень потенціометра «К_п».

4.7 Виконайте пп. 4.4-4.6 для положення замикача «Множитель К_п» – «×10».

Таблиця 3.4

КП г	Множитель КП	Іе	КП д	σКп
–	–	мА	–	%

Дослід 5. Визначення градуювання потенціометра «Т_и»

5.1 Встановіть на блоці Р17: всі органи налаштування в крайні ліві положення, замикачі «Множитель К_п» та «Множитель Т_и» – в положення «×1»; на блоці БУ12: перемикач керування – в положення «А», ручку «Р» – в положення «0». Відключіть диференційну складову закону регулювання замикачем «Т_И». Підключіть струмовий вхід самописного потенціометра КСП4 до виходу блока БУ12, встановіть швидкість руху діаграмного паперу 1800 мм/г.

5.2 Встановіть струмовий сигнал І_е = 0,4 мА на вході Х 21 модуля; відключіть сигнал І_е тумблером ДС. Встановіть зміщення вихідного сигналу блока Р17 І_а = 0,5 мА.

5.3 Переведіть блок БУ12 в автоматичний режим роботи «А». Через 5-10 с включіть тумблер «Диаграмма» КСП4 та тумблером ДС подайте стрибком вхідний сигнал на вхід Х 21 блоку Р17.

Запишіть на діаграмному папері КСП4 криву розгону блока Р17 такої довжини, щоб при обробці запису було можливо визначити значення постійної часу інтегрування Т_и (наприклад, за часом подвоєння вихідного сигналу блока). Одержане значення Т_и^д занесіть до таблиці 3.4. Відключіть тумблер «Диаграмма» КСП4, відключіть сигнал І_е тумблером ДС, переведіть блок БУ12 у режим ручного керування «Р».

5.4 Розрахуйте відносну похибку встановлення значення постійної часу σТ_и у процентах. Результати розрахунку занесіть до таблиці 3.5.

5.5 Виконайте пп. 5.3-5.4 для 3 положень потенціометра «Т_и».

5.6 Виконайте пп. 5.3-5.5 для положення замикача «Т_и» «×10», зменшіть при необхідності швидкість діаграмного паперу КСП4.

5.7 Побудуйте графіки Т_и^д = f (Т_и^г).

Таблиця 3.5

Тиг	Множитель Ти	Тид	σТи
с	–	с	%

Дослід 6. Визначення градуювання потенціометра «Т_д»

Виконайте дослід за методикою, поданою в досліді 5, при включеній диференційній та відключеній інтегральній складових закону регулювання.

Досліди 6.1-6.7 виконати аналогічно дослідам 5.1-5.7 з урахуванням заміни позначення потенціометра та замикача «Т_и» на «Т_д», а таблиці 3.5 на таблицю 3.6.

Таблиця 3.6

Тдг	Множитель Тд	Тдд	σТд
с	–	с	%

Дослід 7. Визначення градуювання потенціометра «Т_дф»

7.1 Встановіть на блоці P17: потенціометри «Т_дф», «К_п», «Т_д» у положення відповідно «0», «2», «15 с»; замикачі «К_п» та «Т_д» у положеним «× 1»; на блоці БУ12: перемикач керування – в положення «А», ручку «Р» – у положення «0». Відключіть інтегральну складову закону регулювання замикачем «Т_и». Підключіть струмовий вхід самописного потенціометра КСП4 до виходу блока БУ12, встановіть швидкість руху діаграмного паперу 1800 мм/г.

7.2 Подайте струмовий сигнал І_е від ДС на вхід X 21 модуля такої амплітуди, при якій вихідний сигнал І_а = 5 мА, потім тумблером відключіть сигнал І_е.

7.3 Виконайте п. 3 досліду 5 з урахуванням заміни позначення потенціометра «Т_и» на «Т_дф».

7.4 Розрахуйте відносну похибку встановлення значення постійної часу демпфування σТ_дф у процентах. Результати вимірювань та розрахунку занесіть до таблиці 3.7.

7.5 Виконайте пп. 7.3-7.4 для 3 положень потенціометра «Т_дф».

7.6 Побудуйте графік Т_дф^д = f (Т_дф^г).

Таблиця 3.7

Тдфг	Тдфд	σТдф
с	с	%

Дослід 8. Перевірка ланцюгів безударного перемикання

8.1 Встановіть органи налаштування блока Р17 у положення, вказані в п. 2 досліду 3. Переведіть перемикач режиму роботи блоку БУ12 у положення «Р».

8.2 Ручкою потенціометра «Р» блока БУ12 встановіть вихідний струм І_ао = 2,5 мА.

8.3 Через 10 с переключіть блок БУ12 в режим «А», а ще через 4 с виміряйте вихідний струм І_а1. Результати вимірювань занесіть до таблиці 3.8.

8.4 Обчисліть величину відхилення Δ І_а, яка для справного блока не повинна перевищувати 0,25 мА.

Таблиця 3.8

Тдфг	Тдфд	σТдф
с	с

Частина 3. Дослід 9. Налаштування блока на задані параметри

9.1 Визначіть у відповідності з варіантом завдання (таблиця 3.9) по градуювальних графіках, що одержані в дослідах 1-8, розрахункові положення потенціометрів та перемикачів масштабних множників «К_П», «Т_И», «Т_Д», «Т_ДФ», «Огр. мин», «Огр. макс».

9.2 Виставіть розраховані значення уставок блоку.

9.3 Виконайте пп. 1-3 досліду 5. (Увага! При встановленні замикача «К_П» у положення «×10» на вхід блока слід подавати сигнал І_е < 0,1 мА).

9.4 Визначіть по записаному на КСП4 графіку кривої розгону блока дійсне значення параметрів налаштування.

9.5 Обчисліть відносні похибки встановлення параметрів налаштування блока в процентах.

9.6 Зробіть висновки про дійсну точність встановлення уставок блока.

Таблиця 3.9

Варіант	КП	ТИ, с	ТД, с	ТДФ, с	Огр.мин, %	Огр.макс, %
				0,5 4,5 1,5