Контрольно-измерительные приборы

ГЛАВА V

Контрольно-измерительные приборы, установленные в танках и других объектах бронетанковой техники, позволяют экипажу осуществлять непрерывный контроль за состоянием и режимом работы основных агрегатов и систем. В частности, с помощью контрольно-измерительных приборов контролируют тепловое состояние силовой установки, частоту вращения агрегатов, скорость движения и пройденный путь, время работы двигателя, давление в системах смазки, запас топлива в баках, ток генератора, напряжение бортовой сети и т.д.

В качестве измерителей в большинстве приборов применяются логометры.

Логометром называется электроизмерительный прибор, показания которого определяются отношением токов, протекающих в его катушках.

Логометр (рис.5.1) имеет две неподвижные катушки  и , расположенные под углом одна к другой.

 

 

Рис.5.1. Схема логометра

 

Между катушками на оси закреплен подвижный постоянный магнит. На этой же оси укреплена стрелка прибора. Характерной особенностью логометра является то, что в нем нет устройства для создания противодействующего момента (нет пружины). Для приведения подвижной системы в исходное состояние при отсутствии токов в катушках применяется вспомогательный неподвижный небольшой магнит. При наличии токов в катушках этот магнит на показания прибора практически не влияет.

Принцип действия логометра основан на взаимодействии магнитного поля постоянного магнита с магнитным полем катушек при прохождении по ним тока. При протекании по катушкам токов  и  внутри логометра создаются магнитные потоки,   и . Магнитный поток   направлен по оси первой катушки, а магнитный поток  – по оси второй катушки. Подвижный магнит при этом стремится занять такое положение, чтобы направление его магнитной оси совпало с направлением вектора результирующего магнитного потока   катушек. Если направление вектора результирующего магнитного потока будет меняться в пространстве, то будет также меняться угловое положение подвижного магнита, на оси которого закреплена стрелка логометра. Угол поворота подвижного магнита со стрелкой определяется только отношением токов  и , протекающих в неподвижных катушках.

В цепь катушки включено сопротивление датчика , величина которого изменяется в соответствии с изменением измеряемого параметра.

Если будет изменяться сопротивление датчика , включенного в цепь катушки , то будет также изменяться соотношение токов, следовательно, и угол поворота стрелки логометра. Если же изменится напряжение бортовой сети, то в одинаковой степени изменится величина тока  и величина тока , а соотношение токов сохранится неизменным.

Следовательно, изменение напряжения бортовой сети не будет влиять на показания логометра.

Когда неподвижные катушки  и   будут обесточены, вспомогательный магнит вернет подвижную систему в исходное положение, при котором стрелка логометра будет находиться на нулевом делении шкалы.

Рассмотрим основные типы танковых контрольно-измерительных приборов.

Вольтамперметр предназначен для непрерывного измерения тока и периодического измерения напряжения (э. д. с).

В объектах бронетанковой техники устанавливается магнитоэлектрический вольтамперметр класса .

В комплект вольтамперметра входят (рис.5.2): измерительный прибор, шунт, штепсельный разъем с проводами.

 

Рис. 5.2. Вольтамперметр :

1 – измерительный прибор; 2 – шунт

 

В измерительном приборе (рис.5.3) имеется постоянный магнит, между полюсными наконечниками которого размещена рамка с указательной стрелкой; на рамке намотана катушка.

Рис. 5.3. Принципиальная схема вольтамперметра:

1 – шкала; 2 – постоянный магнит; 3 – рамка; 4 – кнопка ;

5 – переключатель

Вольтамперметр имеет две шкалы: нижнюю — для измерения тока и верхнюю — для измерения напряжения.

В объектах бронетанковой техники устанавливаются вольтамперметры одинаковой конструкции, но отличающиеся друг от друга сопротивлением шунта и пределами измерения тока.

Данные вольтамперметров, применяемых в бронеобъектах, приведены в табл.5.1.

Прибор постоянно включен в сеть, как амперметр с наружным шунтом. При этом катушка рамки включена параллельно шунту. В цепь рамки включено небольшое сопротивление из манганина  для уменьшения температурной погрешности амперметра. Шунт присоединяется к прибору специальными проводами с наконечниками, на которых имеются метки: ,  и .

Наконечник с меткой   присоединяется к зажиму шунта, от

которого провод идет к плюсовому зажиму аккумуляторных бата-

рей; наконечник с меткой  присоединяется к зажиму шунта, от

которого провод идет к генератору (к реле-регулятору). Наконечникс меткой  соединяется с корпусом машины.

Для того чтобы использовать прибор как вольтметр, необходимо нажать на кнопку , находящуюся на его лицевой части. При этом катушка рамки включается параллельно зажимам источников питания, и прибор будет измерять напряжение бортовой сети.

 

Таблица 5.1

 

Обозначение приборов	Пределы измерения	Цена деления шкалы	Тип шунта
ВА-140			ША-140
ВА-240			ША-240
ВА-180			ША-180
ВА-440			ША-440
ВА-540			ША-540

В этом случае последовательно с катушкой включается добавочное сопротивление . Для того чтобы снизить погрешности в показаниях вольтметра при изменении температуры катушки, добавочное сопротивление  сделано из манганиновой проволоки.

Вольтамперметр надежно работает при температуре окружающей среды от  до  и относительной влажности воздуха .

Электрический термометр предназначен для дистанционного измерения температуры охлаждающей жидкости и масла в соответствующих системах двигателя и трансмиссии.

В объектах бронетанковой техники устанавливается универсальный термометр , в комплект которого входят датчик и измеритель рис. 5.4.

 

Рис. 5.4. Термометр :

1 – датчик ; 2 – указатель (измеритель)

 

Датчик термометра (рис. 5.5) состоит из теплочувствительного элемента , помещенного в цилиндрический корпус . Теплочувствительным элементом является никелевая проволока , намотанная на слюдяную пластину , которая с наружной стороны также изолирована слюдяными прокладками. Поверх слюдяных прокладок, помещены теплопроводящие медные посеребренные пластины , касающиеся корпуса датчика. Эти пластины обеспечивают хорошую теплопередачу от контролируемой среды к теплочувствительному элементу и тем самым уменьшают тепловую инерцию датчика. Корпус датчика изготовлен из нержавеющей стали.

Рис. 5.5. Датчик термометра :

1 – теплочувствительный элемент; 2 – слюдяные пластины;

3 – теплопроводящая пластина; 4 – спираль из манганиновой

проволоки; 5 – штепсельный разъем; 6 – цилиндрический корпус

 

Никелевая проволока устойчива против коррозии и имеет большой температурный коэффициент сопротивления . Для того чтобы уменьшить температурную погрешность прибора, последовательно с никелевой спиралью включено небольшое сопротивление из манганина.

Измеритель термометра состоит из логометра и восьми катушек сопротивлений. Шкала измерителя проградуирована в градусах Цельсия и имеет пределы измерений . Потребляемый термометром ток при напряжении  не превышает .

Принцип действия термометра. Электрический термометр собран по схеме пятиплечевого неуравновешенного моста (рис. 5.6). Сопротивления  являются плечами моста, а катушки  и  логометра включены в измерительную диагональ моста. Так как мост неуравновешен, то при включении источника питания по катушкам логометра протекают токи. Сопротивления плеч моста подобраны так, что при температуре  потенциал точки  значительно меньше потенциала точки  и незначительно больше потенциала точки . Поэтому ток в катушке  логометра будет иметь наибольшее значение, а в катушке  – наименьшее значение. Соответственно и магнитный поток  будет иметь наибольшее значение, а магнитный поток  – наименьшее. При этом подвижный магнит установится вдоль вектора результирующего магнитного потока  и стрелка прибора покажет температуру, равную .

При повышении температуры сопротивление датчика увеличивается с  при  до  при . При этом ток в цепи: , сопротивления  – уменьшается, следовательно уменьшается и падение напряжения на сопротивлениях  и , а потенциал точки  повышается. Это приводит к уменьшению разности потенциалов между точками  и  и к увеличению разности потенциалов между точками  и . Вследствие этого ток в катушке уменьшается, а в катушке  увеличивается.

Благодаря этому вектор результирующего магнитного потока, а следовательно, и постоянный магнит со стрелкой поворачиваются на угол , соответствующий значению измеряемой температуры.

Рис. 5.6. Принципиальная электрическая схема термометра

Танковые топливомеры предназначены для измерения количества топлива в основных баках танка. В танках применяются топливомеры электрические с емкостным датчиком.

Основными элементами топливомера (рис. 5.7) являются датчики-конденсаторы , измерительный блок  и указатель .

 

Рис. 5.7. Комплект топливомера:

1 – датчик-конденсатор; 2 – измерительный блок; 3 – указатель

(миллиамперметр)

Принцип действия топливомера основан на измерении емкости конденсатора, помещенного в жидкость. Датчик-конденсатор  представляет собой два металлических цилиндра, помещенных один в другой и установленных вертикально в топливном баке на изоляторах. При отсутствии топлива диэлектриком конденсатора является воздух, а при заполненном баке – топливо, имеющее значительно большую диэлектрическую проницаемость, чем воздух. Соответственно и емкость датчика-конденсатора будет минимальна при сухом баке и максимальна при полном, причем приращение емкости происходит пропорционально изменению уровня топлива.

В электрическую схему топливомера (рис. 5.8) входит генератор переменного тока высокой частоты, преобразующий напряжение бортовой сети  в переменное напряжение , питающее измерительный мост. В диагональ измерительного моста через выпрямитель  включен указатель – миллиамперметр, шкала которого тарирована в литрах. Измерительный мост топливомера образован двумя одинаковыми обмотками  и  трансформатора, эталонным конденсатором  и конденсатором-датчиком .

Параметры измерительного моста выбраны так, что в исходном состоянии (пустые баки) емкости эталонного конденсатора  и датчика-конденсатора  равны, мост сбалансирован и ток в диагонали моста отсутствует. Стрелка миллиамперметра находится на нулевом делении. По мере заполнения бака увеличивается емкость , балансировка моста нарушается и в его диагонали возникает ток, пропорциональный количеству топлива, измеренный миллиамперметром

 

Рис. 5.8. Упрощенная схема топливомера

 

 

 

Рис. 5.9. Электрическая схема топливомера

 

Применяемая схема топливомера (рис. 5.9) кроме перечисленных основных элементов включает сопротивление , стабилитрон  и конденсатор , обеспечивающие стабилизацию напряжения питания генератора; стабилитроны  и , ограничивающие амплитуду выходного напряжения генератора; регулировочные сопро­тивления  и  и подстроечные конденсаторы  и  для на­чальной настройки схемы; реле , переключающее измерительный мост на правые или левые группы баков (  или ).

В комплект топливомера  не входит автономный измерительный блок, так как аппаратура измерительного блока находится в головке датчика топливомера .

Электрический манометр предназначен для дистанционного измерения давления масла в системе смазки двигателя. В объектах бронетанковой техники устанавливаются манометры .

В комплект манометра (рис.5.10) входят датчик  и измеритель.

Рис. 5.10. Манометр :

1 – датчик; 2 – измеритель

 

В датчике манометра (рис.5.11) закреплена мембрана  с толкателем . Рычажок  свободно качается на оси и отводится в исходное положение пружиной , воздействующей на ползунок . Регулировочным винтом  рычажка  обеспечивается установка стрелка указателя в исходное положение. Обмотка реостата  выполнена из нихромовой проволоки. В зависимости от величины давления масла в штуцере  изменяется прогиб мембраны , а вместе с этим изменяется положение ползунка на обмотке реостата датчика.

Датчик манометра соединен специальной трубкой с крышкой центрального подвода масла.

Основным элементом измерителя является логометр, который по устройству и принципу действия аналогичен логометру, применяемому в электрическом термометре. Шкала измерителя имеет диапазон измерения . Потребляемый манометром ток при напряжении   не превышает .

 

 

Рис. 5.11. Датчик давления масла

1 – основание со штуцером; 2 – мембрана; 3 – реостат;

4 –выводной зажим; 5 – ползунок реостата; 6 – ось ползунка;

7 – пружина; 8 – передаточный рычажок; 9 – регулировочный винт; 10 – толкатель

 

Принцип действия электрического манометра. Электрический манометр собран по схеме четырехплечевого моста (рис.5.12). Сопротивления  и  образуют два неизменных (по величине) плеча моста. Участки   и   реостата датчика  образуют два переменных плеча, величина которых изменяется в соответствии с изменением давления масла.

Электрическая схема манометра отличается от обычных мостовых схем наличием дополнительной полудиагонали, состоящей из сопротивлений  и , введенных для уменьшения температурной погрешности логометра. С этой целью сопротивление  выполнено из константана. Катушки  и   логометра одним концом подсоединены к полудиагонали, а вторым — к диагонали моста.

При включении прибора в катушках логометра возникают токи, отношение между которыми зависит от величины измеряемого давления. Например, при отсутствии давления в системе смазки двигателя движок реостата датчика находится вблизи точки ;приэтом ток в катушке  имеет наибольшее значение, а в катушке  – наименьшее. Соответственно и магнитный поток   катушки  будет иметь наибольшее значение, а поток  катушки – наименьшее. Подвижный магнит установится по оси результирующего магнитного потока , и стрелка логометра станет против деления  на шкале измерителя.

При увеличении давления движок реостата датчика приближается к точке , изменяя сопротивления плеч   и . В результате этого ток в катушке  уменьшается, а в катушке  – увеличивается. Соответственно и магнитный поток   уменьшается, а  – увеличивается.

 

Рис. 5.12. Принципиальная электрическая схема манометра

 

При этом вектор результирующего магнитного потока поворачивается по ходу часовой стрелки. В этом же направлении поворачивается и подвижный магнит со стрелкой, указывающей, что давление в системе смазки увеличивается. Когда давление достигнет наибольшего значения, движок реостата датчика будет вблизи точки ; при этом ток в катушке  минимален, а в катушке  – максимален. В этом случае вектор результирующего магнитного потока отклоняется на угол, при котором стрелка прибора показывает максимальное давление в системе смазки.

При отключении источника питания вспомогательный неподвижный магнит вернет подвижную систему логометра в исходное положение.

Основными недостатками рассмотренного датчика являются: ограниченный диапазон измерений существенная нелинейность статической характеристики, обусловленная нелинейностью потенциометра, а также недостаточная надежность датчика вследствие наличия контактной пары. На объектах   для измерения давления масла применяются индуктивные датчики  с бесконтактным индуктивным преобразователем перемещений мембраны в электрический сигнал.

Все индуктивные датчики работают на переменном токе. Принцип действия их основан на изменение индуктивности катушки с магнитопроводом при перемещении якоря. Индуктивные датчики с подвижным якорем (рис. 5.13) обычно имеют два сердечника с двумя симметрично расположенными катушками индуктивности и якорем, который связан с измеряемым объектом. Условие равновесия моста, куда включены катушки будет иметь вид:

При нулевом положении якоря воздушные зазоры  и  с обеих сторон одинаковы, а индуктивные сопротивления обеих катушек равны. Следовательно, токи  и , проходящие по резисторам  и , также равны и направлены встречно. Поэтому выходное напряжение равно нулю.

При перемещении якоря в любую сторону от нуля изменяется индуктивность обеих катушек, а значит токи  и  будут не равны. В результате на выходе появится напряжение, которое будет пропорционально величине перемещения якоря. Якорь этих датчиков непосредственно связан с измеряемым объектом. С помощью таких датчиков измеряют механические перемещения с точностью до . В качестве измерительного механизма применяется логометр магнитоэлектрической системы.

Источник переменного тока и выпрямительное устройство смонтированы в измерителе манометра .

 

 

Рис. 5.13. Датчик давления индуктивный:

1 – толкатель; 2 – мембрана; 3 – сердечник; 4 – катушка; 5 – якорь;

6 – измеритель

 

Для измерения давления масла в системе гидроуправления и смазки силовой передачи применяется манометр  логометрического типа (рис. 5.14).

Рис. 5.14. Манометр :

 1 – указатель; 2 – приемник (датчик) манометра

 

Электрический тахометр предназначен для дистанционного измерения скорости вращения коленчатого вала двигателя. В танке устанавливается тахометр . В комплект электрического тахометра (рис. 5.14) входят датчик и указатель, соединенные между собой электрически.

Датчик тахометра представляет собой трехфазный генератор переменного тока с возбуждением от постоянного магнита.

Рис. 5.15. Тахометр :

1 – указатель тахометра; 2 – датчик тахометра

 

В статоре генератора размещена трехфазная обмотка,соединенная звездой.

Ротором генератора является четырехполюсный постоянный магнит. Ротор посажен на полый вал генератора, который через хвостовик   и механизм передач получает вращение от коленчатого вала двигателя.

Измеритель тахометра состоит из синхронного трехфазного электродвигателя с диском асинхронного пуска и асинхронной электрической муфты с постоянными магнитами. В статоре электродвигателя размещена трехфазная обмотка, соединенная звездой.

Принцип действия электрического тахометра. При работающем двигателе вращение от коленчатого вала через механизм передач передается ротору трехфазного генератора-датчика (рис.5.16). Ротор   генератора вращается с угловой скоростью, пропорциональной скорости вращения коленчатого вала двигателя. В обмотках статора индуктируется э. д. с., частота которой пропорциональна скорости вращения ротора, т. е. скорости вращения коленчатого вала двигателя.

Обмотка статора генератора соединена с обмоткой   статора синхронного двигателя, поэтому в обмотке статора синхронного двигателя протекают фазные токи, создающие вращающийся магнитный поток. Угловая скорость вращения магнитного потока статора синхронного двигателя пропорциональна скорости вращения коленчатого вала двигателя.

Так как скорость вращения коленчатого вала возрастает очень быстро, то в момент пуска танкового двигателя ротор   синхронного электродвигателя, обладающий инерционностью, будет отставать от быстро вращающегося магнитного потока статора. Это недостаток устраняется диском , обеспечивающим асинхронный пуск синхронного электродвигателя. При быстром возрастании скорости вращения коленчатого вала вращающийся магнитный поток статора электродвигателя, пересекая диск , вызывает появление в нем вихревых токов. Создаваемый этими токами магнитный поток взаимодействует с вращающимся магнитным потоком, благодаря чему к диску будет приложен момент, и диск  с ротором   электродвигателя начнут вращаться. Когда скорость вращения увеличится, и ротор электродвигателя начнет вращаться синхронно с магнитным потоком, в диске  токи не будут индуктироваться. Таким образом, вал синхронного двигателя будет вращаться со скоростью, пропорциональной скорости вращения коленчатого вала двигателя.

На валу синхронного двигателя помещен постоянный магнит  асинхронной муфты. Магнитный поток этого магнита, вращаясь со скоростью вращения муфты, будет пересекать диск  асинхронной муфты. В диске  индуктируются вихревые токи. Эти токи взаимодействуя с вращающимся магнитным потоком постоянного магнита , создадут вращающий момент, приложенный к диску. Этот момент будет пропорционален скорости вращения коленчатого вала двигателя:

, где  – скорость вращения коленчатого вала двигателя.

 

Рис. 5.16. Принципиальная схема электрического тахометра:

1 – ротор генератора; 2 – обмотка статора генератора; 3 – ротор синхронного двигателя; 4 – обмотка статора синхронного

двигателя; 5 – диск асинхронного пуска; 6 – постоянный магнит асинхронной муфты; 7 – диск асинхронной муфты;

8 – противодействующая пружина; 9 – магнит демпфера;

10 – диск демпфера; 11 – стрелка тахометра

 

Под действием этого момента диск  асинхронной муфты и находящаяся на одной оси с ним стрелка  тахометра повернутся. При этом пружина  создаст уравновешивающий момент:

, где  – жесткость пружины;  – угол поворота стрелки, равный углу закручивания пружины.

Из равенств моментов  находим, что

, откуда .

Из последней формулы видно, что угол поворота стрелки тахометра пропорционален скорости вращения коленчатого вала двигателя.

С целью быстрого гашения колебаний подвижной системы предусмотрено демпфирующее устройство, состоящее из неподвижного постоянного магнита  и диска , жестко связанного с той же осью, на которой крепится стрелка. При колебаниях подвижной системы магнитный поток магнита  пересекает диск  и индуктирует в нем вихревые токи. Эти токи взаимодействуют с магнитным потоком магнита , благодаря чему подвижная система (стрелка) быстро успокаивается.

Счетчик моточасов (рис.5.17) предназначен для учета времени работы танкового двигателя. В танках и бронеобъектах устанавливаются счетчики мотто-часов . Кинематическая схема счетчика моточасов показана на рис. 5.18, а схема включения – на рис. 5.19. Основными элементами счетчика моточасов являются:

Рис. 5.17. Счетчик моточасов

– пусковое и стопорное устройство;

– электрический подзавод;

– счетный механизм;

– часовой механизм.

Пусковое и стопорное устройство предназначено для включения и выключения счетчика мотто-часов. Оно состоит из электромагнита , с якорем которого связан рычаг . На конце рычага  имеется тормозной штифт, который обеспечивает стопорение балансира  часового механизма. Обмотка электромагнита пускового и стопорного устройства подключается через клемму  в цепь якоря генератора. Этим обеспечивается включение и выключение счетчика моточасов соответственно при пуске и остановке двигателя.

При пуске двигателя напряжение генератора прикладывается к обмотке электромагнита и, когда оно достигнет , электромагнит срабатывает. При этом якорь электромагнита с рычагом  притягивается, и тормозной штифт освобождает балансир  часового механизма. При остановке двигателя танка напряжение генератора становится равным нулю, обмотка электромагнита стопорного устройства обесточится и под действием пружин якорь электромагнита с рычагом  вернутся в исходное положение, при котором тормозной штифт застопорит балансир  часового механизма.

 

Рис. 5.18. Кинематическая схема счетчика мото-часов:

1 – электромагнит пускового и стопорного устройства;

2 – рычаг пускового и стопорного устройства; 3 – балансир;

4 – часовой механизм; 5 – счетный механизм; 6 – тяговая пружина часового механизма; 7 – пружина под

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: