 |
Средства измерения (Электромеханические амперметры и вольтметры)
|
|
|
|
Содержание.
Содержание..................................................................................................... 2
Введение.......................................................................................................... 3
1. Методы измерения................................................................................... 3
1.1 Метод непосредственной оценки..................................................... 4
1.2 Метод сравнения.............................................................................. 5
2. Средства измерения (Электромеханические амперметры и вольтметры) 5
2.1 Магнитоэлектрические приборы..................................................... 8
2.2 Электромагнитные приборы......................................................... 13
2.3 Электродинамические приборы.................................................... 16
2.4 Ферродинамические приборы....................................................... 18
2.5 Электростатические приборы........................................................ 18
2.6 Термоэлектрические приборы....................................................... 20
2.7 Выпрямительные приборы............................................................ 21
Заключение.................................................................................................... 24
Введение.
В эпоху научно-технической революции темпы развития науки и техники в значительной степени определяются научным и техническим уровнем измерения. В свою очередь уровень развития измерительной техники является одним из важнейших показателей прогресса науки и техники. Это особенно справедливо для электрорадиоизмерений, поскольку исследования в области физики, радиотехники, электроники, космонавтики, медицины, биологии и других отраслей человеческой деятельности базируются на измерениях электромагнитных величин.
Основными направлениями качественной стороны развития электрорадиоизмерительной техники являются:
· повышение точности измерения;
· автоматизация процессов измерения;
|
|
|
· повышение быстродействия и надежности измерительных приборов;
· уменьшение потребляемой мощности питания и габаритов всех средств измерительной техники.
Электрорадиоизмерения, как и другие измерения, основаны на метрологии.
Метрология – наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.
Методы измерения
Перед измерением тока (напряжения) нужно иметь представление о его частоте, форме, ожидаемом значении, требуемой точности измерения и сопротивлении цепи, в которой производится измерение. Эти предварительные сведения позволят выбрать наиболее подходящий метод измерения и измерительный прибор.
Для измерения тока и напряжения применяют метод непосредственной оценки и метод сравнения.
Метод непосредственной оценки
 |
Метод непосредственной оценки осуществляют с помощью прямопоказывающих приборов – амперметров и вольтметров со шкалами, градуированными в единицах измеряемой величины. Амперметр включают последовательно с нагрузкой (в разрыв цепи); вольтметр присоединяют параллельно участку цепи, падение напряжения на котором нужно измерить (рис.1). Включенный в цепь прибор оказывает на ее режим определенное влияние, для уменьшения которого необходимо строго выполнять следующие условия:
· внутреннее сопротивление амперметра RA должно быть много меньше сопротивления нагрузки Rн;
· внутреннее сопротивление вольтметра RV должно быть много больше сопротивления нагрузки Rн;
Невыполнение этих условий приводит к систематической методической погрешности, которая приблизительно совпадет со значениями отношений RA/RН и RН/RV. Условие RV > RН особенно трудно выполнить при измерении напряжения на участках (нагрузках) с большим сопротивлением в так называемых слаботочных цепях. Для этой цели применяют электронные вольтметры с входным сопротивлением до сотен мегаом.
|
|
|
С повышением частоты погрешность измерений тока увеличивается.
Метод сравнения
Метод сравнения обеспечивает более высокую точность измерения. Его осуществляют с помощью приборов – компенсаторов, отличающихся тем свойством, что в момент измерения мощность от измеряемой цепи не потребляется, т.е. входное сопротивление практически бесконечно. Это свойство позволяет применять компенсаторы для измерения ЭДС. Метод сравнения реализуется также в цифровых вольтметрах дискретного действия и аналоговых компенсационных вольтметрах, благодаря чему погрешность измерения составляет десятые, сотые и даже тысячные доли процента.
Средства измерения (Электромеханические амперметры и вольтметры)
Электромеханические измерительные приборы относятся к приборам прямого преобразования, в которых электрическая измеряемая величина х непосредственно преобразуется в показания отсчетного устройства. Таким образом, любой электромеханический прибор состоит из следующих главных частей:
· неподвижной, соединенной с корпусом прибора;
· подвижной, механической или оптической связанной с отсчетным устройством.
Отсчетное устройство предназначено для наблюдения значений измеряемой величины. Оно состоит из шкалы и указателя, располагаемых на лицевой стороне прибора. Шкалой называется совокупность отметок (штрихов), расположенных в определенной последовательности, и проставленных у некоторых из них чисел отсчета, соответствующих ряду последовательных значений измеряемой величины. Шкалы могут быть равномерными и неравномерными (квадратичными, логарифмическими и др.). Расстояние между двумя соседними штрихами называется делением шкалы. Разность значений измеряемой величины, соответствующая двум соседним отметкам называется ценой деления.
Указатели делятся на стрелочные и оптические. Оптические указатели состоят из источника света, зеркальца, расположенного на подвижной части, и системы зеркал удлиняющих путь луча света и направляющих его на полупрозрачную шкалу. Оптические указатели обеспечивают большую чувствительность прибора и меньшую погрешность отсчета по сравнению со стрелочным.
|
|
|
Подвижная часть прибора снабжается осью или полуосями, которые оканчиваются запресованными в них стальными кернами. Последние опираются на корундовые или рубиновые подпятники (Рис.2,а). Трение керна о подпятник снижает чувствительность и точность прибора, поэтому подвижную часть устанавливают на растяжках или подвесах (Рис.2,б,в).
Электромеханический измерительный прибор содержит следующие узлы:
· узел, создающий вращающий момент;
· узел, создающий противодействующий момент;
· успокоитель
Электромагнитная энергия Wэм поступает от измеряемого объекта в узел, создающий вращающий момент, и вызывает поворот подвижной части прибора. Вращающий момент Мв можно выразить уравнением Лангранжа второго рода:
(1)
Под воздействием вращающего момента подвижная часть всегда будет поворачиваться до упора. Необходим противодействующий момент Мп, направленный навстречу вращающему моменту. Противодействующий момент можно получить за счет механических или электрический сил. В первом случае он создается с помощью плоских спиральных пружин или металлических нитей, закрепленных концами на неподвижной и подвижной частях прибора и закручивающихся при повороте подвижной части. Механический противодействующий момент прямо пропорционален углу поворота а:
, (2)
где W – удельный противодействующий момент, зависящий от свойств упругого элемента.
Во втором случае противодействующий момент создается за счет электромагнитной энергии измеряемой величины в соответствии с формулой .
Движение подвижной части прибора прекращается в некотором положении а0, когда вращающий и противодействующий моменты окажутся равными друг другу: Мв = Мп (Рис.3). Подставляя значение Мв и Мп из формул 1 и 2, можно получить выражение для угла поворота
подвижной части прибора в виде
(3)
Если противодействующий момент создается за счет электромагнитной энергии, движение прекращается в момент достижения равенства двух моментов М1 и М2 противоположного направления. В общем виде на основе формулы (1) выражения для моментов можно записать так: 
и 
, где х1 и х2 – электрические измеряемые величины.
|
|
|
Успокоитель предназначается для убыстрения процесса затухания колебаний подвижной части прибора, выведенной из равновесия. Момент успокоения
, (4)
где Р – коэффициент успокоения, зависящий от типа и конструкции успокоителя;
da/dt – угловая скорость перемещения подвижной части.
Наиболее распространены воздушные жидкостные и магнитоиндукционные успокоители (Рис.4), с помощью которых время успокоения сокращается до 3-4с. По принципу преобразования электромагнитной энергии в механическую приборы разделяются на несколько групп (систем). Основными системами являются: магнитоэлектрическая, электромагнитная, электродинамическая (ферродинамическая) и электростатическая.
|
|
|
