Лекция 12 свойства стедств измерений

В РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМАХ РАБОТЫ

Процесс измерения любой физической величины любым измерительным прибором требует некоторых временных затрат. Минимально допустимое время измерения определяется постоянной прибора, т. е. его инерционными свойствами.

С другой стороны, измеряемая величина может изменяться во времени с различной скоростью. Соотношение между скоростью изменения измеряемой величины и постоянной измерительного прибора определяет режим его работы. Различают два режима работы: статический и динамический.

Режим работы измерительного прибора называется статическим, если измеряемую величину (параметр) на интервале измерения можно считать постоянной. Когда измеряемый параметр изменяется в процессе измерения, измерительный прибор переходит в динамический режим. В последнем случае для определения результата измерения необходимо учитывать динамические свойства прибора. Погрешности измерений увеличиваются.

Таким оборазом, свойства средств измерений, прежде всего точность, во многом зависят от режимов работы. В лекции рассматриваются погрешности средств в различных режимах.

1. СТРУКТУРНЫЕ СХЕМЫ И СВОЙСТВА СРЕДСТВ

ИЗМЕРЕНИЙ В СТАТИЧЕСКОМ РЕЖИМЕ

Для упрощения анализа свойств средств измерений, вводятся понятия: звено и структурная схема. Определим эти понятия.

В средствах измерений сигнал претерпевает сложное функциональное преобразование, которое всегда можно разложить на ряд элементарных. Можно считать, что каждое элементарное преобразование происходит в отдельном функциональном узле. Функциональный узел, осуществляющий элементарное преобразование измеряемого сигнала, получил название «звено». Соединение звеньев в цепь преобразований называется структурной схемой.

В зависимости от соединения звеньев различают два вида структурных схем: прямого преобразования (действия) и уравновешивающего (компенсационного).

1.1. Средства измерений прямого преобразования.

Структурная схема этих средств приведена на рисунке 12.1.

В приведенной схеме индексами обозначены звенья; индексами - информативные параметры сигналов измерительной информации. Для краткости будем называть их сигналами.

Схему прямого преобразования имеют электромеханические приборы, например, амперметр. Для амперметра входным сигналом х является измеряемый ток I. Посредством шунта (звено П₁) ток I преобразуется в малый ток I₁, соответствующий на схеме сигналу х₁. Следующее звено схемы – П₂ представляет узлы измерительного механизма, преобразующие электрическую величину I₁ в значение вращающего момента М, т. е. в сигнал х₂. Звено П₃ преобразует вращающий момент в угол поворота указателя α, что соответствует сигналу х₃.

Чувствительность прибора по рис. 12.1 определим выражением

, (12.1)

где – коэффициент преобразования i-го звена.

Под действием внешних факторов коэффициенты могут

меняться на величину . Изменение коэффициентов преобразования означает изменение чувствительности. Если эти изменения коэффициентов К_i достаточно малы, то членами второго и большего порядка малости можно пренебречь. Тогда относительное изменение чувствительности можно определить выражением

. (12.2)

Изменение чувствительности приводит к изменению выходного сигнала на величину

.

Это означает, что значение входной величины х, определяемое по значению выходной х_n, будет измерено с погрешностью. Абсолютная величина погрешности измерения – ∆_х определяется отношением:

. (12.3)

Очевидно, что погрешность (12.3), вызванная изменением чувствительности, является мультипликативной.

Аддитивная погрешность средств по схеме рис. 12.1 вызывается дрейфом нуля звеньев, а также наложением помех на полезный сигнал. Эти воздействия приводят к смещению графика характеристики преобразования i-го звена (см. рис. 12.2) на величину . Чтобы найти аддитивную погрешность, в схему рис. 12.1 вводят дополнительные, внешние сигналы – . Результирующее действие этих сигналов равно действию одного дополнительного сигнала на входе схемы, причем

. (12.4)

Значение определяет результирующую аддитивную погрешность. Таким образом, в средствах измерений, имеющих структурную схему прямого преобразования, происходит суммирование погрешностей всех звеньев. Это затрудняет изготовление средств прямого преобразования с высокой точностью.

1.2 Средства измерений уравновешивающего

преобразования.

Структурная схема средства уравновешивающего преобразования приведена на рис. 12.3. На этом рисунке ПОС_1,2…,m – звенья цепи обратной связи (ЦОС) с коэффициентами преобразования . Поэтому

. (12.5)

На входе цепи прямого преобразования, в сравнивающем узле (СУ), происходит сравнение (компенсация) входного сигнала х и сигнала ЦОС –

х_m. На выходе СУ получаем разностный сигнал

.

Средства измерений уравновешивающего преобразования могут работать как с полной компенсацией, так и с неполной.

При полной компенсации в установившемся режиме

. (12.6)

Это возможно в тех устройствах, у которых в цепи прямого преобразования есть интегрирующее звено с характеристикой

.

Такую характеристику имеет следящий двигатель. Угол поворота вала такого двигателя пропорционален напряжению и времени. Тогда, учитывая (12.5) и (12.6), можно записать

,

а

. (12.7)

Выражение (12.7) показывает, что сигнал на выходе средства измерения х_n пропорционален входному и не зависит от коэффициентов цепи прямого преобразования.

Поэтому чувствительность средства определится выражением:

. (12.8)

Мультипликативная относительная погрешность, обусловленная нестабильностью коэффициентов преобразования звеньев, равна отношению отрицательного приращения ∆β к значению β:

(12.9)

и имеет только отрицательный знак.

Аддитивная погрешность схемы рис. 12.3 обуславливается порогом чувствительности звеньев (наименьшим изменением входного сигнала, которое способно вызвать появление сигнала на выходе). Характеристика преобразования такого звена приведена на рис. 12.4.

При наличии порога чувствительности состояние компенсации наступает, когда

,

причем

.

Таким образом, изменение входного сигнала в пределах не вызывает изменений выходного сигнала, т.е. появляется абсолютная аддитивная погрешность.

При неполной компенсации выходной сигнал

. (12.10)

В этом случае установившийся режим наступает при некоторой разности

. (12.11)

Зависимость между выходным и входным сигналами можно найти, применяя к (12.10) выражения (12.5), и (12.11). Тогда (12.10) принимает вид

.

Решая последнее выражение относительно х_n , получим

или

. (12.12)

Отсюда следует, что чувствительность средства измерения уравновешивающего преобразования при неполной компенсации определяется выражением

. (12.13)

Относительное изменение чувствительности, или мультипликативная погрешность, имеет вид

, (12.14)

где: .

Если , то выражение (12.14) приходит к виду

,

т.е. и при неполной компенсации мультипликативная погрешность существенно ослабляются.

Аддитивная помеха может быть найдена введением в структурную схему дополнительных сигналов , определяющих смещение характеристик

преобразования соответствующих звеньев.

2. СВОЙСТВА СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ В ДИНАМИЧЕСКОМ

РЕЖИМЕ

В динамическом режиме точность измерений зависит от динамических свойств средств и от характера изменения измеряемой величины. Реальные средства измерений обладают динамическими (инерционными) свойствами из-за наличия элементов запасающих энергию, например, емкостей, индуктивностей, упругих элементов в электромеханических приборах.

Для описания динамических свойств измерительных приборов и оценки их погрешностей в динамическом режиме применяются различные способы. Наиболее полно эти свойства могут быть описаны дифференциальными уравнениями, переходными и импульсными переходными характеристиками, частотными характеристиками и передаточными функциями. Рассмотрим применение для этих целей частотных характеристик.

Спектральная форма представления наглядно показывает, что спектр реальных сигналов занимает некоторую полосу частот. Средства измерений характеризуются амплитудно-частотной (АЧХ) и фазо-частотной (ФЧХ) характеристиками.

Под АЧХ понимают зависимость от частоты модуля коэффициента передачи измерителя, а под ФЧХ – зависимость от частоты аргумента (разность фаз выходного и входного сигналов).

Обозначим коэффициент передачи измерителя отношением

.

Тогда АЧХ идеального средства измерения определяется отношением номинальных значений этих величин и постоянна на всей оси частот

,

а ФЧХ равна нулю

,

где К_ном – номинальный коэффициент преобразования.

Для реального звена первого порядка

, (12.15)

, (12.16)

где - постоянная времени звена, причем , - верхняя граничная частота АЧХ.

Графики АЧХ и ФЧХ, построенные по (12.15) и (12.16) приведены на рис. 12.5 (сплошная линия). Пунктирной линией показаны графики идеальных средств. График АЧХ совмещен со спектром измеряемого сигнала.

Рассмотрим возможность оценки динамических погрешностей по известным АЧХ и ФЧХ средств измерений. Пусть оценке подлежит сигнал . Пусть также амплитуда сигнала изменяется в диапазоне от до , а частота – в диапазоне от 0 до ω_в. Предположим, что средство измерений имеет АЧХ и ФЧХ первого порядка (рис. 12.5).

Сначала оценим влияние на динамическую погрешность только АЧХ.

Условно примем = 0. Реальная АЧХ в пределах полосы пропускания изменяется от К_НОМ до 0,707К_НОМ. Поэтому каждая i-я спектральная составляющая сигнала передается с . Это приводит к искажению , а значит, к появлению погрешности. Для каждой гармонической составляющей относительная погрешность определится выражением

. (12.17)

Теперь рассмотрим влияние ФЧХ. Примем условно во всем диапазоне рассматриваемых частот. Пусть на входе звена действует сигнал . Если звено идеальное, то его реакция имеет вид:

.

Реакция реального звена имеет вид:

.

Погрешность определим как разность реакций:

.

Очевидно, что величина погрешности определяется фазовым сдвигом.

Это наглядно иллюстрируют графики рис. 12.6. Как видно по рис. 12.6 реакция отстает от воздействия. При погрешность максимальна для значения . Поэтому выражение для оценки максимальной погрешности примет вид:

.

Если представляет собой сумму N гармонических составляющих , то максимально возможная погрешность также определится суммой

погрешностей гармоник:

. (12.18)

В общем случае на динамическую погрешность влияет как АЧХ, так и ФЧХ каждого звена. Точное определение суммарной погрешности – сложная задача. В качестве оценки сверху принимают сумму двух составляющих. Но нужно помнить, что это достаточно грубая оценка.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ

12.1. Почему значение погрешности средств измерений зависит от режима их работы?

12.2. Сформулируйте условия, при которых средства измерений работают в статическом режиме.

12.3. Приведите примеры известных вам измерительных приборов, имеющих структурную схему прямого преобразования.

12.4. Приведите определение мультипликативной погрешности средств прямого преобразования.

12.5. При измерении постоянного напряжения 40 В магнитоэлектрическим измерительным прибором, имеющим нормированное значение шкалы 50 В и цену деления 0,5 В / дел, была обнаружена абсолютная погрешность прибора 0,6 В. Определите абсолютное значение приращения чувствительности ∆S за счет дестабилизирующих факторов, а также значение мультипликативной погрешности.

12.6. Перечислите основные причины аддитивных погрешностей средств прямого преобразования.

12.7. При каком значении коэффициента передачи средств прямого преобразования К вклад в аддитивную погрешность звеньев тем меньше, чем больше их номер?

12.8. При каких условиях средства измерения уравновешивающего преобразования могут работать с полной компенсацией?

12.9. Сравните чувствительность средств уравновешивающего преобразования с полной и неполной компенсацией. Определите условия, при которых чувствительность средств становится практически одинаковой.

12.10. Сформулируйте условия, при которых средства измерений переходят в динамический режим работы.

12.11. Какие свойства сигналов и средств измерений позволяют оценить динамические погрешности по частотным характеристикам средств?

ЛЕКЦИЯ 13. СРЕДСТВА ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ И ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

1. МЕРЫ

Меры разделяют на эталоны, образцовые и рабочие. Образцовые меры предназначены для поверки и градуировки рабочих средств измерений. По точности воспроизведения физической величины их разделяют на три разряда, причем, наименьшая погрешность воспроизведения у меры первого разряда.

Рабочие меры служат для измерений. По количеству воспроизводимых мер их делят на однозначные, многозначные и наборы мер.

К однозначным мерам относят измерительные катушки сопротивления, катушки индуктивности и взаимной индуктивности, измерительные конденсаторы постоянной емкости, нормальные элементы и стабилизированные источники напряжения. Рассмотрим их более подробно.

Измерительные катушки сопротивления выполняют на номинальные значения 10^±nОм, где п – целое (от 10^-5 до 10¹⁰) Ом. Класс точности может изменяться в пределах от 0,005 до 0,1. Обмотка катушки выполняется из манганина, имеющего малый температурный коэффициент и высокую стабильность свойств.

Катушка имеет два токовых вывода для включения в цепь и два потенциальных – для измерения сопротивления. При работе в цепи переменного тока необходимо учитывать собственную ёмкость С и индуктивность L (см. рис. 13.1). Степень реактивности катушки характеризуют постоянной времени

,

где R – сопротивление провода катушки постоянному току.

Измерительные катушки индуктивности и взаимной индуктивности выполняют из проволоки, намотанной на каркас, на номинальные значения от 10^-6 до 1 Гн. Класс точности может иметь значения от 0,05 до 0,5. Верхний предел частоты, на которой можно применять измерительные катушки индуктивности, равен 100 кГц. Эквивалентная схема катушки индуктивности аналогична схеме на рис. 13.1.

Катушки взаимной индуктивности имеют две обмотки, размещенные на общем каркасе.

Измерительные конденсаторы выполняют с воздушной и слюдяной изоляцией. В цепях высокого напряжения применяют газонаполненные конденсаторы. Емкость измерительных конденсаторов не превышает 10⁴ пФ. Класс точности ограничен диапазоном от 0,005 до 1.

Нормальные элементы – специальные химические источники электрической энергии, Э.Д.С. которых известна с большей точностью. Например известно, что Э.Д.С. нормального источника при температуре 20⁰ С равна (1,0185 1,0187) В. Поэтому класс точности нормальных элементов очень высок и лежит в пределах от 0,0002 до 0,02.

Стабилизированные источники напряжения часто применяются в качестве меры напряжения.

К многозначным мерам относят измерительные генераторы, калибраторы напряжения, тока, фазового сдвига, измерительные конденсаторы переменной емкости, вариометры, магазины сопротивлений, емкости и индуктивности. Рассмотрим их более подробно.

Измерительные генераторы – это источники переменного тока и напряжения, форма которых заранее известна, а частота, амплитуда и другие параметры могут регулироваться и отсчитываться с заданной точностью. Выпускаются генераторы синусоидальных сигналов, генераторы шума, импульсных сигналов и сигналов специальной формы. Диапазон частот генераторов может находиться в пределах от 0,01 до 10¹⁰ Гц. Погрешность установки частоты (0,1 ÷ 3)%.

Калибраторы – это стабилизированные источники напряжения или тока, позволяющие получать на выходе ряд калиброванных (точно известных) значений сигналов. Погрешность установки достигает значений 5∙10^-3%.

Магазины сопротивлений, емкостей и индуктивностей позволяют устанавливать необходимое значение величины с помощью переключателей.

Магазины сопротивлений воспроизводят величины от 10^-2 до 10¹⁰ Ом. Класс точности от 0,01 до 0,2.

Магазины индуктивностей имеют диапазон старшей декады от 0,001 до 10000 мГн. Число декад от 1 до 5. Класс точности от 0,02 до 1.

Магазины емкостей имеют диапазон от 10^-3 до 10⁹ пФ. Класс точности

от 0,005 до 1.

2. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

Разработано большое количество преобразователей,отличающихся функциональным назначением, классом обрабатываемых сигналов, принципом построения и работы (см. рис. 11.1). Чаще других применяются масштабные и электромеханические преобразователи.

2.1. Масштабные преобразователи.

Масштабным называют измерительный преобразователь, предназна-

ченный для изменения величины в заданное число раз. К ним относят шунты, делители напряжения, измерительные усилители, измерительные трансформаторы.

Шунты применяются для уменьшения силы тока в заданное число раз. Такая задача возникает, когда диапазон показаний амперметра меньше диапазона изменения измеряемого тока.

Шунт – это резистор, включаемый параллельно амперметру (рис. 13.2). Если

,

то ток I₂ в п раз меньше тока I₁. Здесь R_А – сопротивление амперметра; – коэффициент шунтирования.

Шунты могут состоять из нескольких резисторов, или иметь несколько отводов. Это позволяет изменять коэффициент шунтирования. Размещаются шунты в корпусе прибора или снаружи. Применяются, в основном, в цепях постоянного тока в магнитоэлектрических приборах. Классы точности от 0,02 до 0,5.

Делители напряжения применяются для уменьшения напряжения в заданное число раз. В зависимости от рода тока, элементы делителя выполняют в виде чисто активного сопротивления, емкостного или индуктивного сопротивления. Серийно выпускаемые делители имеют нормированные коэффициенты деления и классы точности от 0,0005 до 0,01.

Для увеличения верхнего предела вольтметра с внутренним сопротивлением R_V, последовательно с ним включают добавочный резистор R_д, причем

,

где – измеряемое напряжение; – падение напряжения на вольтметре.

Класс точности добавочных резисторов изменяется от 0,01 до 1. Мате-

риал – манганин. Номинальный ток от 0,5 до 30 мА.

Измерительные усилители предназначены для расширения пределов измерения в сторону малых сигналов. По диапазону частот измерительные усилители разделяют на усилители:

– постоянного тока,

– низкочастотные (20 Гц 200 кГц),

– высокочастотные – до 250 МГц,

– селективные (узкополосные).

Электронные измерительные усилители позволяют измерять сигналы

от 0,1 мВ и 0,3 мкА с погрешностью от 0,1 до 1%. При меньших значениях сигналов применяют фотогальванические усилители. Серийные измерительные усилители имеют унифицированный номинальный выходной сигнал 10 В или 5 мА.

Измерительные трансформаторы переменного тока и напряжения используют для преобразования больших переменных токов и напряжений в относительно малые, допустимые для измерений приборами с малыми пределами измерения (например, 5 А, 100 В). Кроме того, применением трансформаторов повышается безопасность операторов, так как приборы включаются в заземленную цепь низкого напряжения (рис. 13.3). Измерительные трансформаторы разделяют на трансформаторы напряжения и трансформаторы тока.

Трансформаторы напряжения используют для включения вольтметров, частотомеров, параллельных цепей ваттметров, счетчиков, фазометров и др. приборов. Схема включения амперметра, вольтметра и ваттметра в однофазную цепь через измерительные трансформаторы приведена на рис. 13.3. Для правильного включения трансформаторов и измерительных приборов зажимы трансформаторов обозначают, как показано на рис. 13.3.

В трансформаторах тока . Поэтому ток первичной обмотки . Первичная обмотка может состоять из одного витка, в виде шины,

проходящей через окно сердечника.

В трансформаторах напряжения . Поэтому . Трансформаторы напряжения, как правило, понижающие.

Чтобы определить измеряемые величины, необходимо показания приборов умножить на коэффициенты трансформации и . Измерительные приборы, работающие в комплекте с измерительными трансформаторами, градуируют непосредственно в единицах первичных величин.

Коэффициенты трансформации реальных трансформаторов и зависят от значения токов и напряжений, частоты, характера нагрузки. Это приводит к погрешности измерений токов – и напряжений – . У измерительных трансформаторов имеется еще угловая погрешность, обусловленная неточностью передачи фазы вторичной величине. Это оказывает влияние на показания приборов, отклонение подвижной части которых зависит от фазы измеряемой величины.

2.2. Электромеханические преобразователи

Электромеханические преобразователи преобразуют электрическую энергию входного сигнала в механическую энергию перемещения указателя.

Они состоят из подвижной и неподвижной частей и называются измерительными механизмами.

Поворот подвижной части измерительного механизма осуществляется под действием момента, зависящего от измеряемой величины х и от угла поворота подвижной части механизма – . Этот момент называется вращающим и обозначается индексом М.

.

При повороте подвижной части на угол изменяются механическая энергия и энергия электромагнитного поля измерительного механизма – , причем . Так как при угловом перемещении , то

. (13.1)

Чтобы угол поворота α зависел только от измеряемой величины, на подвижную часть должен воздействовать противодействующий момент , также зависящий от угла поворота α, т. е.

.

При некотором угле поворота наступает равенство моментов, т.е. , или .

По способу создания противодействующего момента различают механизмы с механическим и с электрическим противодействующим моментом. В измерительных механизмах первой группы противодействующий момент создается спиральными пружинами, причём:

, (13.2)

где W_уд – удельный противодействующий момент пружины.

Кроме создания противодействующего момента упругие элементы используют в качестве токопровода к подвижной части измерительного механизма.

В измерительных механизмах второй группы (логоритмических) противодействующий момент создается так же, как и вращающий, но зависит от угла поворота.

Оценим свойства измерительных механизмов по их структурной схеме. Измерительный механизм имеет схему прямого преобразования с двумя звеньями (рис. 13.4). В звене П₁ происходит преобразование сигналов по формуле (12.1). Преобразовательная функция звена П₁ определяется типом механизма. Это значит, что может быть не менее шести различных функций звена П₁.

Звено П₂ одинаково для всех механизмов. В нем вращающий момент преобразуется в угол отклонения подвижной части механизма – α. Передаточная функция П₂ определяется дифференциальным уравнением, описывающим движение подвижной части механизма:

, (13.3)

где – коэффициент инерции подвижной части, – момент сил инерции, – момент успокоения, Р – коэффициент успокоения.

Если противодействующий момент создается упругими элементами, то выражение (13.3) принимает вид

. (13.4)

С учетом (13.3) и (13.4) коэффициент передачи звена П₂ имеет вид:

.

После преобразований получают АЧХ звена П₂:

, (13.5)

где – частота изменения вращающего момента, – частота собственных колебаний подвижной части механизма, – степень успокоения подвижной части.

График зависимости (13.5) при приведен рис.13.5.

Как видно из графика, коэффициент передачи (АЧХ) второго звена зависит от частоты изменения вращающего момента. Для магнитоэлектрических измерительных механизмов частота вращающего момента равна частоте входной электрической величины. Для остальных измерительных механизмов вращающий момент имеет постоянную и переменную составляющие, частота переменной в два раза выше частоты входной величины.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ

13.1. Проведите деление мер на классы.

13.2. Назовите известные вам одиночные меры. Приведите диапазон их номинальных значений и классов точности.

13.3. Перечислите известные вам групповые меры. Приведите их основные параметры.

13.4. В каких случаях необходимо применение масштабных преобразователей?

13.5. Чему должно быть равно сопротивление шунта, подключенного к миллиамперметру с током полного отклонения 750 мА и R₀ = 0,5 Ом, если необходимо получить амперметр с верхним пределом измерения 30 А?

13.6. Сопротивление магнитоэлектрического амперметра без шунта R₀ = 1 Ом. Прибор имеет 100 делений. Цена деления 0.001 А / дел. Определите предел измерения прибора при подключении шунта с сопротивлением R_ш = 52,6·10-3 Ом.

13.7. Для электромагнитного вольтметра, имеющего ток полного отклонения 3 мА и внутреннее сопротивление 30 кОм, определите верхний предел измерения и сопротивление добавочного резистора, необходимого для расширения верхнего предела измерения до 600 В.

13.8. Какое нужно иметь сопротивление добавочного резистора к электродинамическому вольтметру с верхним пределом измерения 100 В и внутренним сопротивлением 4 кОм, чтобы расширить его верхний предел в три раза?

13.9. Приведите схему включения ваттметра через измерительные трансформаторы тока и напряжения.

13.10. Сформулируйте назначение электромеханических преобразователей.

13.11. При каких условиях угол поворота подвижной части измерительного механизма определяется только измеряемой величиной?

13.12. Как разделяются измерительные механизмы по способу создания противодействующего момента?

ЛЕКЦИЯ 14. ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Электромеханические приборы – достаточно сложные устройства. Они состоят из большого числа деталей и функциональных узлов. Общими функциональными узлами являются:

- электроизмерительная цепь,

- измерительный механизм,

- отсчетное устройство.

Измерительная цепь служит для преобразования измеряемой величины А в электрическую, непосредственно воздействующую на измерительный механизм. Измерительный механизм преобразует электрическую величину в угол поворота подвижной части. Отсчетное устройство служит для визуального отсчитывания значений измеряемой величины.Оно состоит из шкалы и указателя. Шкала представляет пластину с отметками в значениях измеряемой величины. Указатель – это стрелка или световой луч, жестко связанные с подвижной частью измерительного механизма.

Все электромеханические приборы имеют корпус,крепление подвижной части механизма, успокоитель, корректор, арретир.

Корпус прибора предназначен для защиты измерительного механизма от ряда внешних воздействий.

Крепление подвижной части – это опоры, растяжки или подвес.

Успокоитель исключает колебания указателя относительно положения равновесия. Применяют магнитоиндукционные, жидкостные и воздушные успокоители.

Корректор обеспечивает установку указателя на нулевую отметку шкалы. Представляет собой винт, укрепленный в корпусе прибора.

Арретир – это устройство, затормаживающее подвижную часть прибора.

На каждый прибор наносят условные обозначения: единицу измеряемой величины, класс точности, род тока, условное обозначение типа измерительного механизма, рабочее положение прибора, если это имеет значение.

2. МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ

Магнитоэлектрические приборы применяют для измерения постоянных токов и напряжений (амперметры и вольтметры), сопротивлений (омметры), количества электричества (баллистические гальванометры, кулонметры), малых токов и напряжений (гальванометры), а также для регистрации электрических величин.

Вращающий момент в измерительном механизме возникает в результате взаимодействия магнитного поля постоянного магнита и магнитного поля рамки с током (рис. 14.1). На рисунке N, S - полюса магнита, 1 – неподвижный сердечник, 2 – спиральная пружина, 3 – подвижная рамка с закрепленным на ней указателем. Рамка представляет собой дюралюминиевый каркас, на который наматывается намагничивающая катушка из медного провода. Ток к подвижной рамке (катушке) подводится через две спиральные пружины. При протекании тока I через витки катушки, возникает вращающий момент по (13.1). Известно, что

W_эм = ψ∙I,

где∙ - потокосцепление, В – магнитная индукция в воздушном зазоре измерительного механизма, S_р - площадь подвижной рамки.

Подставляя приведенные значения для W_эм и ψ в (13.1), получим:

(14.1)

Если ток, протекающий через рамку, синусоидальный – , то и вращающий момент становится синусоидальным:

При этом в соответствии с (13.5), работа измерительного механизма

зависит от значения q. У магнитоэлектрических механизмов частота собственных колебаний подвижной части 6,28 с^-1. Поэтому при частоте тока 10 Гц подвижная ча