книги / Теплотехнические измерения и приборы

По закону Био—Савара сила Flt действующая на находящийся в магнитном поле проводник длиною /, по которому протекает ток /, равна произведению длины проводника на магнитную индукцию В, силу тока и синус угла между направлением тока и направлением поля Z (/, В):

Fx = lBI sin (/, В).

Если проводник I перпендикулярен направлению магнитного поля, Z (I, В) — 90° и сила Fx имеет максимальное значение:

с радиусом d l l (где А •— ширина одного

витка рамки), и если п •— число витков обмотки рамки, то сила F, действующая на каждую сторону рамки, равна:

где d •— ширина одного витка, равная средней ширине обмотки рамки, м; I *— длина активной стороны каждого витка, равная средней активной длине стороны обмотки рамки, м; п •— число витков обмотки рамки; В >— магнитная индукция в воздушном цилиндрическом зазоре, Т; / >— сила тока, протекающего в обмотке рамки, A; s 1— активная площадь обмотки рамки, м2; •— удель­ ный вращающий момент или момент на единицу тока, Н-м/А.

Чтобы каждому значению измеряемой величины соответствовал определенный угол поворота рамки, необходимо приложить к си­ стеме второй момент, линейно возрастающий с углом отклонения

подвижной части, противоположный вращающему и не зависящий от измеряемой величины. При наличии такого противодействующего момента рамка будет поворачиваться до тех пор, пока моменты не станут равными друг другу.

Противодействующий момент создается за счет закручивания двух пружинок или двух растяжек. Спиральные пружинки или растяжки одновременно служат для подвода тока в обмотку рамки.

Значение противодействующего момента в том и другом случае

где W *— удельный противодействующий момент, Н-м/рад, т. е. момент пружинок или растяжек, отнесенный к единице угла пово­ рота ф, который зависит от материала и размеров пружинок или растяжек.

При протекании тока через обмотку рамки подвижная часть будет находиться в равновесии при условии, что вращающий момент равен противодействующему:

A4 = Мп или ф/ = Ц7ф.

Из этого условия найдем зависимость между углом поворота под­ вижной части и током через обмотку рамки:

Пользуясь уравнением (4-11-5), найдем зависимость между уг­ лом поворота подвижной части и напряжением U на зажимах

где Ra внутреннее сопротивление милливольтметра, Ом. Коэффициент

определяет чувствительность измерительного механизма к напря­ жению, рад/В.

Необходимо отметить, что в формуле (4-11-7) U — напряжение на зажимах милливольтметра, а не измеряемая э. д. с., поэтому точнее называть Su чувствительностью измерительного механизма к напряжению на зажимах. По отношению к чувствительности по току подобного указания не требуется, так как в неразветвленной цепи один и тот же ток течет через все элементы, в том числе и об­ мотку рамки.

Из уравнения (4-11-7) следует, что чувствительный к току при­ бор с большим внутренним сопротивлением не может обладать одновременно и высокой чувствительностью к напряжению. Мил­ ливольтметры, применяемые в комплекте с термоэлектрическими термометрами, обладают средней чувствительностью к напряжению, так как они являются высокоомными приборами, относящимися к группе милливольтметров с малым собственным потреблением мощ­ ности. Известно, что при измерении и цепях маломощных источни­ ков и, в частности, при измерении термо-э. д. с. термоэлектрических термометров большая мощность потребления прибора может зна­ чительно изменить режим цепи и значение термо-э. д. с., подлежа­ щей измерению, Для милливольтметра потребляемая мощность

будет тем меньше, чем больше его сопротивление R„< Для прибора, измеряющего силу тока, наоборот, чем меньше Rm тем меньше потребляемая мощность.

Формулы (4-11-5) и (4-11-6) обычно называют уравнениями шкалы, из которых следует, что шкала милливольтметра; отградуи­ рованная в единицах напряжения, получается равномерной и что чувствительность его для любой отметки шкалы будет одна и та же.

При одном и том же угле поворота рамки <р перемещение указа­ теля по шкале будет тем больше, чем больше расстояние L от оси подвижной части до шкалы, или, иначе говоря, при прочих равных условиях точность отсчета прямо пропорциональна L.

На практике длину указателя стрелочных милливольтметров обычно измеряют в миллиметрах, а угол отклонения подвижной части ф >— в миллиметрах на миллиметр (1 мм/мм = 1 рад); тогда отклонение стрелки по круговой шкале будет равно длине дуги /к окружности с радиусом L:

где т количество делений на длине дуги /к; с >— длина одного деления, мм.

Вэтом случае чувствительность стрелочного милливольтметра

кнапряжению выражается в миллиметрах (или делениях шкалы) на единицу напряжения на зажимах прибора:

(4-11-10)

Величина, обратная чувствительности к напряжению, обозна­ чается через Сц и называется постоянной по-напряжению. Она численно равна напряжению на зажимах прибора, вызывающему отклонение стрелки на 1 мм (или на одно деление) шкалы:

В милливольтметрах с световым указателем угол отклонения однократно отраженного зеркалом луча в 2 раза больше угла по­ ворота рамки, и отклонение светового указателя по круговой шкале /к окружности с радиусом Ьл равно:

Для милливольтметра со световым указателем чувствительность к напряжению выражается в тех же единицах, что и для стрелоч­ ных милливольтметров:

При выводе зависимости показаний милливольтметра от изме­

термоэлектрического термометра. При повышении температуры окружающей среды увеличение сопротивления медной обмотки рам­ ки составляет 0,4% на 1°С, и ток, протекающий через нее, умень­ шается. Это приводит к уменьшению вращающего момента милли­ вольтметра, и, следовательно, при повышении температуры пока­ зания прибора уменьшаются на 0,4% на 1°С.

Для уменьшения изменения показаний милливольтметра, вызы­ ваемого отклонением температуры окружающего воздуха от нор­ мальной температуры 20 ± 5°С (или 20 ± 2°С) до любой темпе­ ратуры в пределах расширенной области (например, от 10 до 35°С), последовательно с медной обмоткой рамки Rp измерительного меха­ низма ИМ включают добавочный резистор Ra из манганина (рис. 4-11-2). Температурный коэффициент электрического сопро­ тивления манганина близок к нулю (0,6-10'5 на 1°С). Таким обра­ зом, сопротивление резистора Ra практически не будет изменяться с температурой, а температурный коэффициент электрического со­ противления милливольтметра значительно уменьшится. Общее (внутреннее) сопротивление рассматриваемой схемы милливольт­ метра при 20°С равно:

ского сопротивления. При увеличении температуры сопротивление цепи с терморезистором уменьшается на значение, близкое увели­ чению сопротивления обмотки рамки милливольтметра, так что общее его внутреннее сопротивление незначительно изменяется при изменении температуры окружающего воздуха.

Принципиальная электрическая схема милливольтметра с ис­ пользованием цепи с добавочным терморезистором, например типа ММТ-8 (смесь окислов меди и марганца), показана на рис. 4-11-3, где ИМ — измерительный механизм; Дтр ■— терморезистор; Rm <— резистор из манганина, предназначенный для спрямления нелиней­

от 5 до 50°С) не будет превышать, так же как и в первом случае, предела допускаемой основной погрешности прибора на каждые 10°С изменения температуры.

Измерительные механизмы милливольтметров. Ниже кратко рассмотрим измерительные механизмы милливольтметров, получив­ шие наибольшее распространение. На рис. 4-11-4 показан измери­ тельный механизм милливольтметра с внешним магнитом. Измери­ тельный механизм с внешним магнитом состоит из малогабаритного постоянного магнита 2, скрепленного с полюсными наконечниками / из магнитомягкой стали, неподвижного сердечника 9 также из маг­ нитомягкой стали и подвижной рамки 8. Обмотка рамки выпол­ няется из нескольких десятков витков тонкой изолированной мед­ ной проволоки. Осью рамки служат два керна 6, опирающихся на агатовые или корундовые подпятники, завальцованные в опорных винтах 5. В воздушном зазоре создается равномерное радиальное магнитное поле в пределах рабочего угла поворота рамки вокруг сердечника.

Для отсчета показаний милливольтметра рамка снабжена легкой алюминиевой стрелкой 3. Нерабочий конец-стрелки имеет два усика с нарезкой, на которых расположены грузы 10. С помощью этих грузов подвижная часть уравновешивается так, чтобы ее центр тяжести находился с достаточной точностью на оси вращения, В этом

В зависимости от назначения милливольтметры подразделяются на переносные и стационарные (щитовые) приборы. Для показы­ вающих переносных приборов установлены классы точности 0,2; 0,5 и 1,0, а для стационарных приборов показывающих, показы­ вающих и самопишущих— классы точности 0,5; 1,0; 1,5 и 2,5 (ГОСТ 9736-68). Класс точности 2,5 допускается только для пока­ зывающих миниатюрных милливольтметров с длиной шкалы менее 90 мм. Обозначение класса точности и внутреннее сопротивление прибора указываются обычно на его циферблате.

Пределы допускаемой основной абсолютной погрешности и изме­ нение показаний милливольтметров выражаются в единицах напря­ жения, обычно в милливольтах.

Переносные милливольтметры, предназначенные для работы с термоэлектрическими термометрами, изготовляются как с двойной градуировкой — в градусах Цельсия и в единицах напряжения (обычно милливольтах), так и с градуировкой только в милливоль­ тах.

Милливольтметры переносные с двойной градуировкой могут быть использованы для непосредственного измерения температуры по шкале, отградуированной в градусах Цельсия при работе с тер­ моэлектрическим термометром заданной градуировки, а при исполь­ зовании милливольтовой шкалы приборы могут быть использованы для измерения термо-э. д. с. любого термоэлектрического термомет­ ра. Для шкалы, отградуированной в градусах Цельсия, обозначение градуировки и значение внешнего сопротивления (сопротивление соединительных проводов и термоэлектрического термометра) ука­ зывается на циферблате прибора.

Стационарные, показывающие и самопишущие милливольтметры, предназначенные для работы со стандартными термоэлектрическими термометрами, изготовляются с одной шкалой, отградуированной

вградусах Цельсия для заданной градуировки. Пределы измерений

иградуировки этих приборов должны выбираться в соответствии

стребованиями ГОСТ 9736-68.

Изменение показаний милливольтметров, вызванное отклонением температуры окружающего воздуха от нормальной (20 ± 2°С для переносных и 20 ± 5°С для стационарных приборов) или обозна­ ченной на циферблате прибора до любой температуры в пределах расширенной области не должны превышать предела допускаемой основной погрешности на каждые 10°С изменения температуры.

Рассмотрим некоторые типы и модификации стационарных мил­ ливольтметров. Показывающие милливольтметры типа М-64, МР-64-02 и МВР-6, выпускаемые Ереванским приборостроительным заводом, выполнены в плоскопрофильном металлическом корпусе и предназначены для утопленного монтажа на вертикальных щитах. На рис. 4-11-8 показан общий вид милливольтметра типа М-64. Принципиальная электрическая схема этого прибора приведена на рис. 4-11-3. Измерительные механизмы милливольтметров типа М-64 и МР-64-02 класса точности 1,5 выполнены с внутрирамочным