Коллектив авторов - История электротехники
В многоканальных самопишущих приборах использовалось либо несколько измерительных механизмов, либо один механизм с механическим коммутатором каналов; применялась также комбинация этих способов. Например, фирма «Гартман и Браун» выпускала прибор с двумя стоящими рядом измерительными механизмами, который писал 12 точечных кривых.
Та же фирма выпускала мультитермограф — прибор для записи температур в нескольких местах (рис. 12.3). Этот прибор был шестиканальным, в нем использовалось шесть различных цветных красящих лент. Одновременно с переключением красящих лент происходило переключение подвижной катушки магнитоэлектрического механизма на очередное измерительное устройство. В приборе использовалась точечная запись. Все шесть каналов опрашивались циклически за 108 с (18 с на канал).
В большинстве случаев продвижение бумаги в самописцах осуществлялось равномерно. Однако получили распространение и другие способы регистрации. Так в некоторых самопишущих максимальных ваттметрах — приборах, предназначенных для регистрации суточных колебаний в потреблении электроэнергии, — бумага продвигалась пропорционально активной мощности, а стрелка — пропорционально реактивной, так что за каждый период записи вычерчивался прямоугольный треугольник, гипотенуза которого пропорциональна полной мощности.
Рис. 12.3. Мультитермограф фирмы «Гартман и Браун»Самопишущие приборы с автоматической компенсацией — мосты и потенциометры — одной из первых начала выпускать фирма «Лидс и Нортруп» (США). Вместо электронного усилителя, применяемого в современных приборах этого типа, в них использовался гальванометр, с помощью которого могли замыкаться контакты в обмотках любого из двух реле («минимального» и «максимального»). При срабатывании реле приводился в действие часовой механизм, с помощью которого схема уравновешивалась, при этом стрелка гальванометра отклонялась от контакта в среднее положение. Конструкция прибора обеспечивала практическое отсутствие нагрузки на подвижную часть гальванометра.
В подобных приборах достигалась весьма высокая чувствительность. Автоматические потенциометры, например, выпускались на напряжение полного отклонения I мВ. Количество каналов от 1 до 16; быстродействие 1 мин на канал; основная приведенная погрешность не превышала 0,5%.
Одним из недостатков первых самопишущих приборов было использование для протягивания бумажной ленты механических часов, которые создавали небольшой вращающий момент и требовали периодического завода (обычно на 8–30 сут). Однако уже с конца 10-х годов XX в. в США для этой цели начали применять синхронный микродвигатель X. Уоррена. Этот двигатель при малых габаритах (его ротор в виде железного диска с намагниченными стальными иглами весил всего 1 г) и потребляемой мощности всего 3 Вт создавал вращающий момент почти в 1000 раз больше, чем у часов с заводом на 8 сут.
Применение электрических двигателей, а затем начиная с 30-х годов электронных усилителей позволило значительно улучшить технические характеристики самопишущих приборов и повысить их надежность.
По мере роста протяженности электрических сетей все больше и больше выступала на первый план проблема электрических измерений на расстоянии — телеизмерений. Весьма часто энергия дальних источников была значительно дешевле, чем местных, поэтому местные станции использовались только для покрытия пиков нагрузки. Для экономичного распределения мощности между электростанциями и потребителями электроэнергии необходимо иметь центральный пункт управления, находясь в котором, можно было знать о напряжении и мощности на каждом объекте, производящем или потребляющем электроэнергию.
С начала XX в. подобные диспетчерские пункты начали строиться в США, а затем и в Европе. Для обеспечения быстрой реакции на аварийные ситуации предпочтение отдавалось непрерывным измерениям на расстоянии с одновременной их записью. До 30-х годов показания электроизмерительных приборов передавались почти исключительно по проводам; проблема беспроволочной передачи хотя и ставилась, но не получила еще практического осуществления.
В первых телеизмерительных устройствах передача измерительной информации осуществлялась с помощью вспомогательного источника постоянного тока. Последовательно включались источник напряжения, реостат, линия связи и выходной прибор магнитоэлектрической системы. Оператор наблюдал за показаниями прибора и перемещал движок реостата вдоль шкалы, градуированной в единицах измеряемой величины. При этом соответственно изменялся ток в выходном приборе, находящемся на приемной стороне и градуированном в тех же единицах. Данный метод нетрудно было автоматизировать, связав механически подвижную часть прибора на передающей стороне с движком реостата. Подобные приборы выпускала, например, фирма «Сименс и Гальске».
Аналогичная идея использовалась для суммирования показаний кило ваттметров. Каждому прибору соответствовал свой реостат; все реостаты включались последовательно с источником напряжения и задавали ток в выходной прибор, находящийся на расстоянии до 300 км.
Для телеизмерений на переменном токе использовались преобразователи переменного тока в постоянный, расположенные на передающей стороне. При этом передача велась постоянным током. Так, для измерения переменного тока в телеизмерительном устройстве Кембриджской компании вторичная обмотка трансформатора тока замыкалась на нагреватель термопреобразователя. Постоянный ток, пропорциональный термоЭДС, использовался для передачи. Для телеизмерений мощности использовались два термопреобразователя, включенных по схеме, реализующей суммарно-разностный метод. Из-за малости термоЭДС (десятки милливольт) информация могла передаваться лишь на небольшие расстояния (до 20 км).
Другой способ преобразования мощности в напряжение постоянного тока предложил в 1911 г. А. Лотц. Известно, что в индукционном счетчике активной или реактивной энергии частота вращения диска пропорциональна мощности. А. Лотц предложил связать с подвижной частью счетчика генератор постоянного тока; напряжение, создаваемое этим генератором, пропорционально частоте вращения, а следовательно, измеряемой мощности. В 20-х годах подобные телеизмерительные устройства выпускались во Франции и Германии.
Существенным недостатком телеизмерительных устройств с передачей информации постоянным током является влияние изменений сопротивления линии связи на точность измерений. Поиски путей преодоления этого недостатка привели к созданию в 20-х годах импульсных методов телеизмерений.
Одну из первых времяимпульсных систем создала в 1928 г. германская фирма «Телефонверк». В этой системе угол отклонения стрелки любого прибора преобразовывался с помощью специального электромеханического устройства в длительность импульсов, поступающих на самописец. Для передачи информации не требовалось специальной линии связи, а можно было использовать существующие линии, в частности телефонные.
Примерно в то же время германская фирма «Телефункен» построила первую числоимпульсную телеизмерительную систему, предназначенную для передачи показаний счетчиков электроэнергии. Частотно-импульсный метод реализовала в своей системе фирма «Вестингауз» (1924 г.). Для передачи информации фирма использовала существующие телефонные линии, причем передаваемые импульсы тока практически не влияли на качество телефонной связи.
В нашей стране производство электроизмерительной техники начало интенсивно развиваться с 20-х годов XX в. В 10-е годы в России было только два небольших завода электроизмерительных приборов в Санкт-Петербурге (фирм «Гейслер» и «Сименс-Гальске»). На них производилась сборка приборов из импортных деталей. Кроме того, в небольших количествах средства измерений изготавливались в мастерских некоторых университетов и научных учреждений. Более чем на 90% потребности страны в электроизмерительной технике удовлетворялись за счет импорта.
Однако к тому времени наша страна уже располагала научным потенциалом, необходимым для быстрого развития электроприборостроения. Исследования выдающихся физиков А.Г. Столетова и П.Н. Лебедева до сих пор могут служить образцами постановки измерительных экспериментов. А.Г. Столетов представлял Россию на Первом Международном электротехническом конгрессе.
Огромный вклад в развитие метрологии внес Д.И. Менделеев, возглавивший в 1892 г. Главную палату мер и весов в Санкт-Петербурге, где в 1900 г. было организовано специальное отделение для поверки электроизмерительных приборов. Там в 1909 г. А.Н. Георгиевский и М.Ф. Маликов приступили к созданию эталонов ома и вольта.
В начале XX в. отечественными учеными был предложен ряд оригинальных средств измерений электрических величин. Например, в 1909 г. М.А. Шателен и А.А. Чернышев создали один из первых образцов электронно-лучевого осциллографа; в 1910 г. А.А. Чернышев разработал высоковольтные вольтметры и ваттметры.
