книги из ГПНТБ / Быков М.А. Электрические измерения электрических величин [учеб. пособие]

погрешности может быть возникновение дополнительных «вто­ р и ч н ы х » магнитных потоков, создаваемых вихревыми токами, наводимыми магнитными потоками меры в металлических частях ее конструкции и сдвинутыми по фазе на четверть пе­ риода от основного потока меры. Другой причиной может быть наличие существенных распределенных емкостей между первичной и вторичной обмотками меры, что вызывает проте­ кание паразитных емкостных токов по отдельным участкам вторичной обмотки и соответствующие падения напряжения на этих участках. Кроме того, из-за этих междуобмоточных

нов взаимных индуктивностей классов точности 0,05 и 0,1 при значениях взаимной индуктивности от 10 до 0,01 мгн не долж­ на превышать 1 • 1 0 3 рад, а остальных магазинов—3-10— 3 рад.

В. Вариометры индуктивности и взаимной индуктивности

Во многих случаях измерительной практики встречается необходимость в мерах индуктивности и взаимной индуктив­ ности с переменным, плавно регулируемым значением. Такие меры существуют и называются вариометрами индуктивности или соответственно взаимной

индуктивности.

50

меняются и как отдельные самостоятельные приборы, и, буду­ чи встроенными в магазины индуктивности и, соответственно, в магазины взаимной индуктивности,—для плавного перекры­ тия одной или двух ступеней декады наименьших значений ма­ газина. И в том, и в другом случае применения нормирование измерительных свойств и параметров вариометров преду­ смотрено в том же ГОСТ 10770—64.

§4. МЕРЫ ЕМКОСТИ

А.Конденсаторы постоянной емкости (измерительные)

Измерительные конденсаторы постоянной емкости бывают двух видов: так называемые «воздушные» конденсаторы и конденсаторы с твердым диэлектриком.

В конденсаторах, называемых «воздушными», основным диэлектриком, находящимся между электродами конденсато­ ра и определяющим собой основную часть емкости конденса­ тора, является воздух. Некоторое количество твердого диэлек­ трика в конструкции такого конденсатора имеется для ме­ ханического крепления и одновременно изоляции металличе­ ских электродов конденсаторов, но емкость, образуемая в конденсаторе через эти крепежные и изолирующие детали, со­ ставляет обычно лишь доли процента от общей его емкости. Более того, существуют конструкции экранированных воз­ душных конденсаторов, в которых оказывается возможным полностью исключить из действия в измерительной части схе­ мы те составляющие части емкости, которые образуются через примененные в нем детали из твердого диэлектрика, и полу­ чить, таким образом, эффект действия в измерительной части схемы, как от «чисто воздушного» конденсатора.

Конструкция воздушного конденсатора постоянной емкости состоит из двух групп параллельных друг другу металлических, хорошо проводящих пластин-электродов, причем пластины од­ ной группы располагаются в воздушных промежутках между пластинами другой группы, будучи механически укреплены одна относительно другой с помощью крепежных деталей из твердого диэлектрика.

Благодаря механической жесткости их конструкции, весьма высоким и неизменным диэлектрическим свойствам воздуха воздушные конденсаторы отличаются высоким постоянством значений их емкости (в хороших конструкциях воздушных

52

конденсаторов значения их емкости сохраняются неизменны­ ми до тысячных долей процента на протяжении многих лет и десятилетий) и весьма малыми значениями угла потерь (по­ рядка единиц Ю - 6 рад).

Наиболее существенными недостатками воздушных кон­ денсаторов являются их весьма большие объем и вес на еди­ ницу реализуемой в них емкости. Так как диэлектрическая по­ стоянная воздуха относительно мала, воздушные промежутки между электродными пластинами конденсатора очень малыми (менее 0,5—0,3 мм) обычно сделать нельзя из-за относитель­ но больших изменений размеров этих промежутков даже при незначительных деформациях конструкций. Вследствие полу­

редко делаются со значениями емкости более 4000—5000 пф (достигая при этом веса 5—10 кг и более).

ГОСТ на измерительные конденсаторы постоянной емкости еще нет, но фактически изготавливаются воздушные конден­ саторы постоянной емкости со значениями от единиц пикофарад до 4000—5000 пф, при точностях подгонки от десятых до сотых долей процента. Поскольку бывает возможным включе­ ние нескольких конденсаторов параллельно друг другу, то с помощью воздушных конденсаторов постоянной емкости мож­ но практически осуществить емкость примерно до 10 000 пф.

В измерительных конденсатор ах'постоянной емкости с твер­ дым диэлектриком в качестве такового 'применяют почти ис­ ключительно слюду. При сборке конденсатора слюду в виде тонких пластинок (толщиной 0,02—0,05 мм) прокладывают между тонкими металлическими электродами (из фольги), как это схематически показано на рис. І Ы 5 . Электроды соединяют в две группы, а и б, и делают от них выводы на зажимы конден­ сатора, обозначенные на рисунке буквами а и б соответствен­ но. При сборке такого конденсатора принимают меры к тому, чтобы между поверхностями слюды и электродов не было бы никаких посторонних включений, пузырьков воздуха, так как такие неоднородности могут увеличить угол потерь, вызвать появление зависимости емкости конденсатора от величины градиента электрического поля в конденсаторе и т. д. Наибо­ лее эффективной мерой является серебрение слюдяных пла­ стинок с обеих сторон. Для получения минимального значения температурного коэффициента емкости конденсатора приме­ няют предварительную пропитку слюдяных пластинок рас­ плавленным парафином, а после сборки — сильную прессовку пакета (при повышенной іке температуре) почти до полного отжима парафина. Слюда обладает положительным коэффи­ циентом диэлектрической проницаемости (несколько тысяч-

53

ных долей процента на ГС), парафин же—в несколько десят­ ков раз большим, но отрицательным. Степенью отжима пара­ фина можно регулировать результирующее значение темпера­ турного коэффициента, приближая его к нулю.

s

Рис. 11-15

Относительные объемы и веса слюдяных конденсаторов (на единицу емкости) в сотни и тысячи раз меньше, чем у воз­ душных конденсаторов — благодаря значительной диэлектри­ ческой постоянной слюды, возможности иметь очень тонкие слои диэлектрика и очень тонкие электроды, от которых в этом случае не требуется никакой значительной механической же­ сткости. Это позволяет выполнять измерительные конденсато­ ры постоянной емкости до 1 мкф и даже до 10 мкф.

Метрологические свойства конденсаторов с твердым ди­ электриком в остальном хуже, чем у воздушных конденсато­ ров: помимо большего, как правило, температурного коэффи­

54

ß. Конденсаторы переменной емкости (воздушные)

Конструкции измерительных воздушных конденсаторов пе­ ременной емкости (измерительные конденсаторы переменной емкости делаются только воздушные) имеют много общего с

стям электродных пластин, так что пластины подвижной груп­ пы могут входить в промежутки между пластинами другой, неподвижной группы в большей или в меньшей степени, в ре­ зультате чего и изменяется емкость конденсатора. При этом как подвижные, так и неподвижные пластины измерительных конденсаторов обычно выполняются полукруглой формы с центром, совпадающим с осью вращения подвижных пластин, что дает линейную зависимость значения емкости конденсато­ ра от угла поворота подвижной группы пластин и равномер­ ную отсчетную шкалу. В некоторых конструкциях (для не­ больших значений емкости) конденсатор имеет только две электродных пластины одинаковой формы, параллельные одна

пластины от неподвижной или сближения их. Шкала при этом получается гиперболической, но изменения емкости могут быть осуществлены весьма тонко и плавно.

При конструкциях с поворотной подвижной группой пла­ стин конденсаторы имеют максимальные значения емкости примерно от 10—15 пф до 1000—2000 пф, а в отдельных слу­ чаях— до 5000 пф. Минимальные («начальные») значения ем­ кости составляют обычно несколько процентов от максималь­ ного значения емкости данного конденсатора, но не менее не­ скольких пикофарад.

Метрологические свойства конденсаторов переменной ем­ кости нормируются ГОСТ 6746—65 «Магазины емкости изме­ рительные», в котором конденсаторы переменной емкости рас­ сматриваются как меры емкости с плавным изменением ем­ кости, тогда как магазины емкостей — как меры со ступенча­

применении к конденсаторам переменной емкости число, обоз­ начающее данный класс точности, выражает допустимую для конденсаторов этого класса точности погрешность в процентах от максимального значения емкости конденсатора. Допусти­ мый угол потерь для конденсаторов классов 0,05—0,5 не бо­ лее 5 - Ю - 5 рад, а для конденсаторов класса 1,0 — не более 1,2-Ю-4 рад.

55

В. Магазины емкостей (измерительные)

Назначение магазинов емкостей аналогично назначению магазинов сопротивлений или магазинов индуктивностей. Конструктивное выполнение магазинов емкостей имеет много общего с выполнением магазинов сопротивлений или магази­ нов индуктивностей — тоже штепсельное или рычажное. Но принципиальные электрические схемы существенно различны: если у магазинов сопротивлений или магазинов индук­ тивностей отдельные меры сопротивления или индуктивности вводились в цепь магазина в последовательном соединении друг другом, то у магазинов емкостей отдельные меры включаются параллельно друг другу. На рис. 11-16, а, б и s по­ казаны три наиболее типичные схемы коммутации магазинов емкостей: а—для штепсельного магазина, б и в—для рычаж­ ных магазинов.

Рис. II-1G

Схема б представляет собой схему простой декады, состоя­ щей из десяти конденсаторов одного и того же номинального значения емкости 1 • 10" мкф. При повороте рукоятки переклю­ чателя данной декады отдельные ее конденсаторы подключа­ ются один за другим параллельно к ранее включенным кон­ денсаторам этой же и всех остальных декад магазина.

56

ГЛАВА HI

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ НЕПОСРЕДСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ

Механическая энергия, вызывающая в приборе угловое пе­ ремещение, может быть получена разными способами, в зави­ симости от того, какие физические явления лежат в основе действия того или иного измерительного механизма. Однако в любом электроизмерительном приборе возникновение механи­

рохимические и электронно-ікинетические. В наиболее много­ численную электромеханическую группу, подразделяющуюся в

Измерительные приборы электрохимической группы в на­ стоящем пособии не рассматриваются; приборы электроннокинетической группы рассматриваются в главе «Регистрирую­ щие приборы».

§ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Электроизмерительный прибор непосредственной оценки представляет собой сочетание электрической схемы и измери­ тельного механизма.

механизм.

53

Измерительный механизм предназначен для дальнейшего преобразования энергии электрического тока в механическую энергию, создающую перемещение подвижной часта прибора.

Если последняя закреплена на подвижной оси, механиче­ ское усилие вызовет отклонение ее на некоторый угол а.

Таким образом, энергия электромагнитного поля в прибо­

момента Мвр, а вращающий момент вызывает отклонение под­ вижной части прибора на определенный угол. Каждому значе­ нию измеряемой величины должны соответствовать вполне оп­ ределенные Мвр и а, при этом необходимо, чтобы они опреде­ лялись только измеряемой электрической величиной и не зави­ сели от каких-либо других факторов, таких, как состояние ок­ ружающей среды, внешнее магнитное или электрическое по­ ле и т. д.

Л! в р = я * ) ;

2)противодействующий, пропорциональный углу отклоне-

Установившееся отклонение подвижной части, или положе­ ние равновесия, наступает при равенстве моментов; подстав­ ляя их значения, получим

рам электромеханической группы удобно воспользоваться вы­

вен производной энергии магнитного или электрического поля по геометрической координате, которой обычно является угол поворота подвижной части.

54