Большая энциклопедия техники

Успокоитель

Успокоитель – это элемент механической системы стрелочных электроизмерительных приборов, предназначенных для возвращения стрелки на нуль шкалы. Является составной частью специального измерительного механизма, которая обеспечивает постепенное затухание электромагнитных колебаний.

Стрелка электроизмерительного прибора вследствие температурных влияний, остаточных деформаций, механических толчков при перегрузках может находиться не на нулевом делении.

Для возвращения стрелки на нуль шкалы необходим корректор. Подвижная часть прибора, которая включает в себя пружину, стрелку, образует обладающую массой и упругостью механическую систему, в которой, следовательно, возможны механические колебания. При изменении измеряемой величины новое положение равновесия у подвижной части прибора получается спустя некоторое время, в большинстве случаев – после нескольких колебаний около нового положения равновесия.

Чтобы подвижная часть по возможности скорее устанавливалась в этом положении, в приборах используют успокоители, необходимые для поглощения кинетической энергии подвижной части.

Большинство стрелочных приборов имеет время успокоения не более 4 с. Временем успокоения считается время от момента включения прибора до момента, когда стрелка прибора отклоняется от положения равновесия не более чем на 1% шкалы.

Различают магнитоиндукционные и воздушные успокоители.

В случае применения механических успокоителей используется пружина. К корректору прикрепляется один ее конец. Второй конец пружины прикрепляется к оси подвижной части. Стрелку можно смещать посредством поводка, поворачивая винт, укрепленный на корпусе прибора. Для уравновешивания подвижной части прибора на ней укрепляют грузила – противовесы. Показания уравновешенного прибора почти не зависят от его положения.

Принцип действия магнитоиндукционных успокоителей основан на взаимодействии вихревых токов, индуктируемых в подвижной части при ее движении в магнитном поле постоянных магнитов, с этим полем.

Сектор, изготовленный из алюминия, укреплен на оси подвижной части. Он движется в поле нескольких постоянных магнитов, которые укреплены на опорной пластине. При движении сектора в нем возникают вихревые токи. Взаимодействие постоянных магнитов с магнитным полем создает силу, которая (согласно принципу Ленца) тормозит подвижную часть. Для торможения стрелки в воздушных успокоителях используется разность давлений воздуха в закрытой камере по обе стороны легкого алюминиевого крыла, возникающая при его движении. Крыло укрепляется на оси подвижной части прибора.

Если сравнивать, то воздушные успокоители значительно слабее магнитоиндукционных; воздушные успокоители приходится применять в тех случаях, когда наличие постоянного магнита внутри прибора может быть причиной дополнительных погрешностей в его показаниях.

В настоящее время в некоторых новых приборах установлены очень компактные жидкостные успокоители. Принцип их действия прост: в невысыхающей жидкости перемещается крыло, укрепленное на подвижной части прибора.

Фазовращатель

Фазовращатель – это электронное устройство, изменяющее фазу электромагнитных колебаний на выходе устройства относительно фазы колебаний на его входе.

В задачи этого аппарата входит проведение некоторого постоянного или регулируемого сдвига по фазе электромагнитной волны или напряжения. Фазовращатели конструируют на основе применения в них таких частей, как электрические цепи, резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, магнитные усилители, и множества других электромагнитных приборов. Фазовращатели чаще всего используются в технике измерения.

Фазовращатели различают по диапазону частот. Так, например, в диапазоне низких частот, а также радиочастот (до нескольких МГц) фазовращатель представляет собой обычный четырехполюсник. В зависимости от пределов изменения фазы и точности ее установки, фазовращатель – это фазосдвигающая цепь, которую можно использовать для создания фиксированного фазового сдвига в пределах от 0 до 90°. В цепях с сосредоточенными параметрами сдвиг фаз осуществляется под действием реактивных элементов.

В фазосдвигающих цепях с распределенными параметрами сдвиг фаз определяется конечным временем распространения электрического сигнала от входа цепи до ее выхода. Современные фазовращатели обычно собираются по мостовой схеме из трех резисторов и одного конденсатора, которые обеспечивают регулируемый сдвиг фаз в пределах от 0 до 180°. В настоящее время применяются также транзисторные (или ламповые) мостовые фазовращатели. В состав последних входит устройство, преобразующее входное напряжение в два напряжения, сдвинутых по фазе на 180° по принципу работы фазоинвертора.

Фазовращатели СВЧ-диапазона работают на дециметровых и более коротких волнах. Они собираются из отрезков СВЧ линий передачи, в которых фазовый сдвиг осуществляется посредством изменения электрической длины линии.

СВЧ-фазовращатели могут быть регулируемые и нерегулируемые. К регулируемым фазовращателям СВЧ-диапазона относятся: раздвижные секции коаксиальной линии; волноводные диэлектрические СВЧ-фазовращатели, т. е. отрезки волновода, содержащие перемещаемую пластину из диэлектрика; сжимаемые секции, т. е. отрезки прямоугольного волновода, узкие стенки которого снабжены упругими подвесками, позволяющими изменять ширину волновода; мостовые СВЧ-фазовращатели, т. е. многоплечевые устройства (коаксиальные или волноводные), снабженные двумя согласованно изменяющимися по длине короткозамкнутыми отрезками линии передачи (шлейфами), включенными в основную линию, по которой осуществляется передача энергии СВЧ от генератора к нагрузке, последовательно с нагрузкой или параллельно ей; фазовращатели с полупроводниковыми элементами (такими, как полупроводниковые диоды с p-i-n-структурой, варикапы), ферритовыми устройствами, сегнетоэлектриками.

СВЧ-фазовращатели на p-i-n-диодах используются в качестве коммутационных элементов. Диоды позволяют изменять фазовый сдвиг ступенчато посредством прямого изменения длины линии, либо подключения к линии (через диоды) набора шлейфов. В настоящее время находят широкое распространение ферритовые фазовращатели, работа которых основана на использовании Фарадея эффекта на СВЧ и явления ферромагнитного резонанса в намагниченном феррите. В зависимости от направления фазового сдвига ферритовые фазовращатели подразделяются на взаимные, обеспечивающие одинаковый фазовый сдвиг для обоих направлений распространения волны, и не взаимные, в которых сдвиг фаз для волн, распространяющихся в противоположных направлениях, не одинаков. Широко используются нерегулируемые фазовращатели, которые реализуют в виде калиброванного по фазе отрезка линии передачи, фазовый сдвиг в них достигается подбором значения его длины, размеров поперечного сечения (при использовании волновода) либо эффективной диэлектрической проницаемости.

Фазовращатели применяются в устройствах радиотехники, автоматики, вычислительной, измерительной техники, СВЧ-технике для изменения формы входного сигнала, компенсации фазовых искажений, фазовой модуляции, выравнивания электрической длины линий передачи, создания заданных фазовых сдвигов сигналов в когерентных радиосистемах (например, в фазированных антенных решетках) и др.

Фазовый фильтр

Фазовый фильтр – это электротехническое устройство, предназначенное для пропускания электрических сигналов в определенной полосе частот и подавления сигналов за пределами этой полосы частот. В основные задачи электротехнического фильтра входит модулирование условий для задержки электрического сигнала во времени при условии сохранения его формы и амплитуды.

Фазовый фильтр широко используется в современных многоканальных системах связи. Принцип действия – частотный. Каждому сигналу отводится своя полоса частот.

Передача сигнала через фильтр харастеризуется двумя способами: коэффициентом передачи по напряжению; коэффициентом затухания по напряжению. Малая доля сигнала затухает, не проходя через фильтр.

Частота, которая представляет границу между полосой пропускания и полосой задержания, называется граничной частотой, или частотой среза фильтра. У реальных фильтров нет четкой границы между полосой пропускания и полосой задержания, поэтому в них в качестве значения граничной частоты принимают частоту, определяемую из соотношения – 0,707 0,7.

В зависимости от характера входного сигнала фильтры делятся на аналоговые и цифровые.

В зависимости от наличия в схеме активных элементов: пассивные, активные.

В зависимости от элементов, составляющих фильтр: LC-, RC-, RL-типа, ARC-типа (активные – RC-фильтры).

По характеру математического выражения аппроксимирующего АЧХ-фильтра: фильтры Бесселя, фильтры Баттерворта, фильтры Золотарева, фильтры Чебышева.

По расположению полосы пропускания на оси частот фильтры делятся: на фильтры низких частот (ФНЧ), фильтры высоких частот (ФВЧ), полосно-пропускающие фильтры (ППФ).