2. Устройства для усиления сигналов первичных измерений

2.1. Общие сведения

Усилительное устройство служит для увеличения мощности первичного измеритель­ного сигнала путем открытия доступа в канал управле­ния (регулирования) любого вида энергии от постороннего источника.

Основной статической характеристикой усилителя является коэффициент усиления по мощности К_N = N₂/N₁ — отношение мощностей выходного и входного сигналов. В зависимости от устройства и принципа дей­ствия усилителя К_N может колебаться от 10 до 10⁸ и бо­лее.

Усилители различают по виду энергоносителя (гидравлические, пневматические, электрические, электронные и комбини­рованные), по вы­ходной мощности, коэффициенту усиления (преобразо­вания), по статической характеристике (линейные и не­линейные).

Наиболее широкое распространение получили электронные усилители. При использовании датчиков с маломощными выходными сигналами порядка нескольких микроватт требуется приме­нение электронных (ламповых и полупроводниковых) усилителей постоянного и переменного тока.

Принцип действия простейшего лампово­го усилителя представлен на рис. 4,а, кото­рый помимо анода А, катода К и управляющей сетки С_T имеет дополнительно нить накала Н, защитную З и экра­нирующую Э сетки для улучшения характеристик лампы. Входной сигнал от датчика подается на управляющую сетку через переменный резистор R, позволяющий регу­лировать усиление. Катод и защитная сетка соединены с землей через резистор R1 , параллельно которому вклю­чен конденсатор С1. Они образуют цепь смещения. Ра­бота усилителя обычно представляется графически в виде семейства статических анодно-сеточных характеристик I_a= f (U₀) при U_a = сопst, изображенных на рис. 4,б. Характеристики имеют форму кривых с саморегулирова­нием и зоной насыщения Н, когда анодный ток достигает максимума, или зоной запирания З, когда анодный ток прекращается при некотором отрицательном потен­циале U_a. Для получения той или иной рабочей характе­ристики, т. е. смещения ее, как указано на рисунке пунктиром, служит цепочка R1С1. Коэффициент усиле­ния тем больше, чем больше «крутизна» характеристики.

На выходе схемы включен трансформатор (усилитель У), первичная обмотка которого служит нагрузкой анодной цепи, а вто­ричная — выходом усилителя.

Ламповые усилители имеют выходную мощность до 500 Вт, поэтому для получения больших выходных мощ­ностей применяют тиратронные (трехэлектродные лампы) усилители. Ламповые усилители, например тензостанции «ТА-5», находят разнообразное применение ввиду их практической безинерционности, боль­шого входного сопротивления, широкого диапазона рабо­чих частот, нескольких приемных каналов для усиления, стабильности характеристик по отношению к параметрам внешней среды.

а б

Рис. 4. Усилитель электронный

С изобретением полупроводникового триода (транзистора) уменьшились размеры приборов и их энергопотребление. В качестве полупроводниковых управляющих элемен­тов используются тиристоры, предназначенные для токов до 100 А и напряжений до 800 В. По принципу действия тиристор аналогичен тиратрону и обладает малой мощ­ностью сигнала управления, безинерционностью, боль­шим сроком службы. Полупроводниковые приборы, например «ТОПАЗ-4», весь­ма чувствительны к перегрузкам по напряжению и току. Допустимая пятикратная перегрузка не долж­на длиться более 5 мс, поэтому в схемах используют специальные защитные приспособления.

В табл.1 при­ведены сравнительные данные усилителей некоторых ти­пов.

Таблица 1

Технические характеристики применяемых усилителей

Тип усилителя	Коэффициент усиления, КN Состав	Выходная мощность, Вт
Гидравлический	10^2—10^4	10^4
Магнитный	10^2—10^6	10^6
Электромашинный	10—10^4	10^7
Ламповый	10^5—10^14	10^2
Полупроводниковый	10^2—10^6	10^2
Тиратронный	10^3—10^6	10^4
Реле	10^2—10^6	10^6
Механический	До 10^3	10^5