- •ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ ИЗМЕРЕНИЙ И МЕТРОЛОГИИ
- •СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ
- •Погрешности измерений и средств измерений
- •▲НАЛОГОВЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
- •Магнитоэлектрические приборы
- •Электромагнитные приборы
- •Электродинамические приборы
- •Электростатические приборы
- •Индукционные приборы
- •ЦИФРОВЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ
- •АНАЛОГОВЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ
- •ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ НА БАЗЕ МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ ТЕХНИКИ
- •Структура микропроцессорного прибора
- •Микропроцессор
- •ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
- •Ф = arcsin {уо!В).
Аналоговые измерительные приборы делят на две группы: при боры непосредственного оценивания и приборы сравнения (приборы уравновешивающего преобразования). К первой группе относятся магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, электростатистические и индукционные приборы, ко второй — изме рительные мосты и компенсаторы (потенциометры).
Отличительные признаки приборов (принцип действия, род то
ка и др.) наносят |
на шкалы |
или |
корпус в виде условных обоз |
начений (см. табл. |
3 прил.); |
на |
шкалы приборов наносятся: |
класс точности; условное обозначение степени защищенности от магнитных и электрических полей; год выпуска и заводской номер; номер стандарта на данную группу приборов; товарный знак заво да-поставщика, заводское обозначение прибора.
Магнитоэлектрические приборы
Работа приборов основана на взаимодействии магнитного поля постоянного магнита 5 (рис. 23) и магнитного поля проводника тока, выполняемого обычно в виде рамки /. Различают приборы с подвиж ной рамкой и подвижным магнитом. Приборы с подвижной рамкой получили большее распространение.
Магнитная цепь прибора образуется постоянным магнитом 5 и стальным цилиндрическим сердечником 6. В зазоре между сердеч ником и полюсным наконечниками магнита создается однородное радиальное магнитное поле. Постоянный магнит изготовляют из вы сококачественных никельалюминиевокобальтовых сталей, что по-
ш
а)
Рис. 23. Схема работы магнитоэлектрического прибора:
а — измерительны!*! м е хан и зм ; б — располож ение рам ки а магнитном поле
зволяет получить в зазоре большую магнитную индукцию. Магнит ная индукция постоянна в любой точке воздушного зазора (шири ной 1 2 мм), где и размещается прямоугольная рамка /, выпол ненная из медного или алюминиевого изолированного провода диа метром 0,03 ...0,2 мм, намотанного на алюминиевый каркас (выпус каются приборы и с бескаркасной рамкой). Рамка крепится к под вижной оси 2, на которой укреплены концы спиральных пружинок 4, предназначенных для создания противодействующего момента, и стрелочный указатель 3. В приборах с каркасной рамкой момент ус покоения создается за счет взаимодействия вихревых токов, возни кающих в цепи обмотки рамки, с магнитным полем магнита. Ток к рамке подводится при помощи пружинок 4.
При протекании по обмотке рамки тока возникают силы, создаю щие вращающий момент, который определяется запасом энергии магнитного поля И?а и углом поворота рамки а
MMV^dW jda^d(< t> J)dat |
(48) |
где Ф = Вашрам2/г — магнитный поток постоянного магнита, сцепляющийся с рамкой (В — магнитная индукция в воздушном зазоре; дорам— число витков рамки); / — сила тока в обмотке рамки.
Подставив значение потока в выражение (48), после дифференци рования получим
^вр ^'SpaM ^рам Л |
(49) |
где 5 рам = 21г— активная площадь рамки.
При равенстве М вр |
и М ар на основании выражений (49) и (2) |
можно определить угол |
поворота подвижной части (показания при- |
бора)
* = BSpaMwf,aMI/m |
(50) |
или |
|
а = SI, |
(51) |
где-S = BS рамдорам//л — чувствительность прибора.
Из выражения (51) следует, что при перемене направления тока в рамке меняется на обратное и направление отклонения подвижной
Ярам Ян
О)
Рис. 24. Схемы приборов:
а и б —•ам перм етр ов; в — в о л ь тм е тр о в
части. Для получения от клонения указателя в нуж ную сторону необходимо при включении прибора в сеть соблюдать указанную на приборе полярность. Поэтому магнитоэлектри ческие приборы предназна чены для измерения только в цепях постоянного тока (при использовании приборов в цепях переменного
тока применяют выпрямители).
Выражение (51) называют уравнением шкалы прибора— угол поворота указателя пропорционален силе тока, т. е. приборы име ют равномерную шкалу.
Благодаря сильному собственному магнитному полю магнито электрические приборы обладают высокой чувствительностью и точ ностью (класс точности достигает 0,05). Они характеризуются малым потреблением мощности (порядка 10" 1Вт) и слабой чувствительно стью к внешним магнитным полям. К недостаткам приборов следует отнести возможность их использования лишь для измерений в цепях постоянного тока.
Амперметры магнитоэлектрической системы выпускают с пределами измерений 10~10 104А; вольтметры — 10“9 10е В.
При измерении силы тока до 50 мА амперметр (Ярам) включают последовательно с нагрузкой (Ян) (рис. 24, а); при измерении боль ших сил тока рамку совместно с добавочным резистором (Ярам + Я Д)
— параллельно шунту (Я ш) нагрузки (рис. 24, б), у вольтметров— параллельно нагрузке (рис. 24, в).
На рис. 25 приведены схемы омметров магнитоэлектрической си стемы. В схемах последовательного соединения измеряемого сопро тивления Я х с рамкой прибора (рис. 25, а) отклонение указателя является не только функцией R x, но и значения ЭДС источника пи тания G. Для исключения влияния ЭДС и ее стабилизации в оммет рах предусмотрено устройство (реостат Я и переключатель SA), с помощью которого указатель устанавливают на нулевую отметку перемещением ползунка реостата при замкнутом ключе SA.
В омметрах с логометрической схемой (рис. 25, б) показания не зависят от значения ЭДС источника питания.
Для измерения малых постоянных токов и напряжений приме няются гальванометры, строящиеся на базе высокочувствительных измерительных механизмов с легкой бескаркасной рамкой, закреп ленной на растяжках или подвесах. Классы точности магнитоэлект
рических приборов лежат в диапазоне 0,05 |
2,5. |
Электромагнитные приборы
Принцип действия приборов основан на взаимодействии магнит ного поля неподвижной катушки измеряемого тока и подвижного ферромагнитного (обычно пермаллоевого) сердечника. Наибольшее распространение получили приборы с плоской и круглой катушками.
На рис. 26 показан измерительный механизм прибора с плоской катушкой. Катушка 1 наматывается медным проводом и имеет воз душный зазор, в который может входить эксцентрично укреплен ный на оси 4 сердечник 2. Ток, проходя по катушке, намагничивает сердечник. Сила, втягивающая сердечник внутрь катушки, стремит ся переместить его в положение, при котором энергия магнитного по ля Wa — 0,5 L12 имеет наибольшее значение. При повороте сердеч ника закручиваются пружинки 6, создающие противодействующий момент. Для успокоения движения подвижной части служит магни тоиндукционный успокоитель 3. На оси 4 закреплен стрелочный ука затель 7 с грузиками 5.
Вращающий момент электромагнитного измерительного механиз
ма определяется выражением (1): |
|
M,p = AWjAa = - ^ ± ! 2 - = 0,5I*(&.L/&a). |
<52) |
Асе |
|
Противодействующий момент М пр создается пружинками |
или |
растяжками |
[в соответствии с выражением (2)]. Положение равно |
||
весия подвижной части определяется равенством моментов 0,5 / 2 X |
|||
х (AL/Aa) = |
т а , откуда |
показания прибора |
(угол отклонения |
стрелки) |
a = |
0,5 (/2/m) (AL/Aa). |
(53) |
|
Из выражения (53) следует: знак угла отклонения подвижной части не зависит от направления тока в катушке, т. е. приборы электромаг нитной системы могут применяться в цепях как постоянного, так и переменного тока; шкала прибора неравномерная (меняя форму сер дечника, получают различные зависимости между AL/Aa от а, до биваясь тем самым практически равномерной шкалы).
При прохождении по катушке переменного тока момент М вр из меняется пропорционально квадрату мгновенного значения силы то ка М вр = Si2. Вследствие значительного момента инерции подвиж ной части среднее за период Т значение момента:
т
М сР M ,pdt = (\!T) j S l t dt= Sll.„ (54) 0
где /д.з — действующее значение силы тока. Угол поворота
a = 0,5 (/д.з//л) (AL/Aa). |
(55) |