Осциллографом называется измерительный прибор, предназначенный для наблюдения и записи во времени быстроизменяющихся процесов. Основным элементом осциллографа является магнитоэлектрический вибратор (другие названия — гальванометр, шлейф).
Подвижная часть вибратора (рис. 9), расположенная в зазоре постоянного магнита 1, представляет собой петлю (шлейф), образованную двумя параллельными тонкими бронзовыми ленточками 2 и 3; на петле наклеено зеркальце 4. Петля натянута между опорными призмами 5, 6. С помощью пружины 7 создается натяжение петли, которое можно регулировать винтом 8.
Рис. 9. Устройство вибратора.
В осциллографе (рис. 10,а) свет от лампы 1 проходит через конденсор 2, состоящий из двух цилиндрических линз. Конденсор направляет параллельный пучок света на диафрагму 3. Луч этого пучка, проходя через диафрагму (непосредственно или через систему зеркал, в зависимости от конструкции осциллографа), попадает на линзу вибратора 4, фокусирующую свет на зеркальце вибратора 5.
Рис. 10. Оптическая схема .магнитоэлектрического осциллографа.
а — схема; б — вид осциллограммы.
Отразившись от зеркальца луч 6 через цилиндрическую линзу 8 направляется на светочувствительный материал 10 (кинопленку или фотобумагу). Другая часть луча 7 при помощи призмы или зеркальца 11 направляется через линзу 9 на зеркальный барабан 12 и, отразившись от него, попадает на матовый экран 13.
Оптическая схема здесь для наглядности несколько упрощена; в существующих конструкциях осциллографов свет проходит через большее число линз и зеркал.
Во время испытаний магнитное поле тока, пропускаемого по петле вибратора, взаимодействует с полем постоянного магнита, в результате чего стороны петли перемещаются в противоположных направлениях, зеркальце поворачивается вокруг вертикальной оси на небольшой угол, пропорциональный величине этого тока.
Зайчик отраженного от зеркальца 5 луча света 6 перемещается в горизонтальной плоскости по кинопленке или фотобумаге, которая протягивается лентопротяжным механизмом осциллографа 14 со скоростью от нескольких миллиметров до нескольких метров в секунду. При этом на пленке записывается кривая тока, проходящего по петле вибратора (рис. 10,6).
Рис. 11. Осциллографирование работы гасительной камеры. а — электрическая схема; б — осциллограмма отключения одного контактного разрыва гасительной камеры.
Скорость движения кинопленки выбирается в зависимости от скорости измеряемого процесса.
На рис. 11 в качестве примера приводятся схема осциллографирования и осциллограмма работы одного контактного разрыва гасительной камеры выключателя при его отключении. В последовательную электрическую цепь собраны: батарея 1, служащая вспомогательным источником тока для питания вибратора 9, нижний фланец камеры 2, неподвижный 3 и подвижный 4 контакты камеры, скользящий контакт 5, корпус механизма 6, верхний фланец камеры 7 и добавочное сопротивление 8, ограничивающее величину тока в вибраторе.
До отключения выключателя контакты гасительной камеры замкнуты, через вибратор проходит ток
где U — напряжение батареи;
R — суммарное сопротивление вибратора и добавочного сопротивления.
Под действием этого тока петля вибратора отклоняется от среднего положения и луч осциллографа записывает на пленке участок осциллограммы вг (рис. 11,6). При размыкании контактов гасительной камеры в момент г ток в вибраторе исчезает, петля вибратора возвращается в среднее положение, луч пишет при этом отрезок гд. Вибратор обесточен на протяжении всего времени бесконтактной паузы, отмечаемой на осциллограмме участком д е (ось записи вибратора).
В момент е контакты гасительной камеры замыкаются, этим самым в петлю вибратора вновь подается ток 1; луч при этом отклоняется на пленке на то же расстояние h, что и при отключении.
Отношение S1 = h/l, мм/ма, называется чувствительностью вибратора на постоянном токе, которая может быть определена как для отклонения луча на пленке, так и на экране.
Второй характеристикой, важной при осциллографировании выключателей, является частота собственных колебаний подвижной системы вибратора при внезапном включении или отключении постоянного тока.
Чувствительность вибраторов современных осциллографов составляет от 0,06 до 1 000 мм/ма при длине светового указателя 1 м (длина луча от зеркальца вибратора до пленки или экрана). Для осциллографирования контактов выключателей обычно применяются вибраторы низкой чувствительности (до 6 мм/ма). Вибраторы высокой чувствительности мало пригодны для этой цели, так как сильно подвержены электростатическим влияниям (наводкам) от находящихся вблизи токоведущих частей (шины, разъединители, соседние выключатели и пр.) и легко повреждаются в случае ошибок персонала при осциллографировании.
Кроме того, эти вибраторы имеют низкую частоту собственных колебаний, в результате чего размыкание и смыкание контактов выключателя, а также их вибрация записываются менее четко
Одновременно с осциллографированием одним из вибраторов работы камеры другой вибратор, называемый отметчиком времени, записывает на пленку кривую переменного тока (50 Гц или другой частоты), по которой градуируется на осциллограмме время и определяется продолжительность отдельных циклов работы выключателя.
В приведенном примере, для того чтобы определить по осциллограмме время бесконтактной паузы камеры, необходимо подсчитать число периодов переменного тока Г, укладывающихся на отрезке д е. Период переменного тока определяется по его частоте f; Τ—1/f.
Переносный восьмивибраторный осциллограф Н102 является универсальным, т. е. им можно выполнять широкий круг задач осциллографирования. Прибор весьма усовершенствован и надежен в работе, что определило его широкое распространение. Он обычно имеется в электролабораториях станций и сетевых районов и чаще всего применяется для осциллографирования работы воздушных выключателей.
Основные данные осциллографа: запись производится на перфорированную кинопленку шириной 35 мм зарядная и приемная кассеты вмещают по 10 м пленки; скорость движения пленки от 1 мм/сек до 5 м/сек·, длина светового указателя до пленки 0,25 ж, до экрана 1 м (масштаб изображения на экране в 4 раза больше, чем на пленке); имеются автоматические устройства (контакты для включения и отключения исследуемого явления, зажимы дистанционного или автоматического включения осциллографа, ограничитель длины осциллограммы, счетчик и индикатор движения пленки); лампа- осветитель на 6 в, 7,5 Вт; питание 220 или 127 в переменного тока или от батареи 24 в (со сменой электродвигателя), потребление около 100 Вт; размеры металлического корпуса (чемодана) 560X445X220 мм, вес 35 кг.
В осциллографе используются вибраторы серий МОВ2 и Н135 (табл. 2). Магнитоэлектрическая система вибраторов заключена в герметизированный корпус и для успокоения собственных колебаний залита кремний- органической жидкостью (в вибраторе МОВ2 полностью, в вибраторе Н135 отдельные участки петли).
Технические характеристики вибраторов осциллографа Н102 и их использование при наладке воздушных выключателей
Таблица 2
Тип вибратора | Частота, Гц | Чувствительность (на экране), мм/ма | Сопротивление, Ом | Максимально допустимая амплитуда тока, ма | Объект осцилло- |
Μ0Β2-Ι | 5 000 | 0,8 | 3,5 | 100 | Работа контактов, ток ЭО и ЭВ, регистратор хода ножа, отметчик времени 50 Гц |
ΜΟΒ2-ΙΙ | 10 000 | 0,16 | 3,0 | 150 | То же |
MOB2-IV | 3 000 | 4,0 | 6,0 | 25 | Работа контактов, отметчик времени 50 Гц |
MOB2-V | 2 000 | 10,0 | 6,0 | 10 | Отметчик времени 50 Гц |
MOB2-VII | 2 000 | 0,06 | 1,5 | 250 | То же, ток ЭО и ЭВ |
MOB2-VIII | 1 200 | 52 | 14 | 2 | Не используется |
ΜΟΒ2-ΙΧ | 400 | 250 | 50 | 0,4 | То же |
МОВ2-Х | 200 | 1 000 | 50 | 0,1 | То же |
Н135-0,6 | 600 | 52 | 9 | 2 | То же |
Н135-0,9 | 900 | 20 | 9 | 5 | Отметчик времени 50 Гц |
Н135-1,5 | 1 500 | 6 | 9 | 16 | То же |
Н135-2 | 2 000 | 2 | 4 | 50 | Работа контактов, отметчик времени 50 Гц |
Н135-3 | 3 000 | 1 | 4 | 100 | То же, ток ЭО и ЭВ, регистратор хода ножа |
Н135-6 | 6 000 | 0,16 | 2 | 250 | Работа контактов, ток ЭО и ЭВ, регистратор хода ножа, отметчик времени 50 Гц |
Примечания:
- Для вибраторов МОВ2 указана частота собственных колебаний в воздухе; рабочая полоса частот приблизительно равна одной трети этой величины. Для вибраторов Н135 указана частота, ниже которой чувствительность вибратора отличается от его чувствительности на постоянном токе не более чем на + 10%.
- Чувствительность вибраторов на пленке (длина светового указателя 0,25 м) в 4 раза меньше, чем приведенная здесь чувствительность на экране (длина светового указателя 1 м).
- ЭО и ЭВ — электромагниты отключения и включения воздушных выключателей.
Наиболее пригодны для осциллографирования работы выключателей вибраторы типов ΜΟΒ2-Ι и Η135-3, однако ввиду их недостаточного количества приходится применять также вибраторы ΜΟΒ2-ΙΙ, MOB2-IV, Η135-6, Н135-1,5.
Непосредственно на вибраторы можно подавать при осциллографировании напряжение порядка нескольких десятых вольта и ток несколько сотых ампера. При больших напряжениях и токах, подаваемых на вибраторы, необходим магазин шунтов и добавочных сопротивлений. Магазин Р1 имеет восемь одинаковых электрически несвязанных секций; каждую секцию можно включить добавочным сопротивлением к вибратору с плавной регулировкой от 5 100 Ом до 0 или шунтом сопротивлением от 0 до 5 Ом. Применение магазина шунтов и добавочных сопротивлений дает возможность осциллографировать вибраторами напряжения до 400 В и токи до 10 а. Размеры магазина 410X378X215 мм, вес 18 кг.
Производятся также вспомогательные устройства:
а) увеличитель П10, дающий возможность увеличивать в 5 раз осциллограммы для фотопечати или рассматривания их на экране;
б) отметчик времени П104, генерирующий частоты 1, 10, 100 и 1 000 Гц, которые могут подаваться на вибраторы высокой чувствительности типов MOB2-V и MOB2-VIII или Н135-0,6 для нанесения градуировки времени на осциллограммах.
Кроме осциллографов Н102 и МПО2, для осциллографирования выключателей также используются: 14-вибраторный осциллограф Н700, 24-вибраторный тензометрический осциллограф ОТ-24-51, трехвибраторный переносной осциллограф Сименса 3S0101; во всех этих осциллографах запись производится на осциллографную фотобумагу.
