что такое характеристика прибора

Метрология

Показатели и характеристики приборов

Основные характеристики средств измерения

Приборы для линейных и угловых измерений характеризуются следующими метрологическими показателями: ценой деления или дискретностью цифрового отсчета, диапазоном измерения по шкале, пределом измерения прибора, измерительным (контактным) усилием и погрешностью.
Для полной характеристики прибора необходимо еще знать интервал деления шкалы, передаточное отношение, предельно допустимую погрешность, повторяемость показаний, гистерезис и др.

Некоторые метрологические показатели и термины определены стандартами. Другие применяются фирмами и на производстве. В обоих случаях следует знать, что они означают.
Одним из основных конструктивных элементов приборов является отсчетное устройство со шкалой или цифровым дисплеем. С помощью шкалы или цифрового дисплея передается информация об измеряемой величине в форме наиболее доступной для пользователя, называемая показания прибора.

Шкала

Шкалой называется совокупность ряда отметок (штрихов) и проставленных у некоторых из них чисел отсчета, соответствующих значениям или отклонениям измеряемой величины.

По ГОСТ 5365-83 цена деления шкалы прибора должна быть кратной цифрам 1, 2 или 5.
Ширина штрихов шкал выбирается в пределах 0,1…0,2 мм.
Разность ширин штрихов в пределах одной шкалы не должна быть больше 0,05 мм.
Длина коротких штрихов принимается равной 2-2,5 интервала деления, а длинных – 3…3,5 интервала.
Ширина конца стрелки, располагающегося над штрихами шкалы, не должна быть больше ширины штрихов. Конец стрелки должен перекрывать 0,3…0,8 длины коротких штрихов шкалы.

Особенность цифрового отсчета по сравнению со штриховыми шкалами состоит в том, что ее дискретность (наименьшее показание) меньше погрешности показаний прибора. Это объясняется десятичным характером цифрового отсчета. Это качество цифрового отсчета повышает точность настройки приборов при калибровке и настройке на нуль при относительных измерениях.

Диапазон измерения

Значение измеряемой величины, соответствующее всей шкале прибора с нормированной погрешностью, называют диапазоном измерения по шкале прибора. Диапазон измерения по шкале не всегда совпадает с пределом измерения прибора.

Чувствительность прибора

Если стрелка прибора при точных измерениях останавливается между штрихами шкалы, то отсчет производится глазомерной оценкой дробной части деления, пройденного стрелкой.

Параллакс

Для уменьшения погрешности от параллакса расстояние между отсчетным индексом и шкалой должно быть минимальным, а отсчет следует производить при наблюдении перпендикулярно плоскости шкалы.

Воспроизводимость или повторяемость

Воспроизводимость измерений может характеризоваться стандартным отклонением или средней квадратической погрешностью сравниваемых рядов измерений. Воспроизводимость несёт важную информацию для оценки погрешности измерения.
Воспроизводимость свидетельствует о правильности измерения только в том случае, если прибор не имеет систематической ошибки или если систематическая ошибка мала и ей можно пренебречь.

Погрешность показаний

Измерительное усилие

Измерительным (контактным) усилием называется сила, создаваемая механизмом прибора и действующая на измеряемую поверхность в направлении линии измерения.
Измерительное усилие обычно создается пружинами, деформации и усилия которых изменяются в зависимости от перемещения измерительного стержня прибора.

Разность между наибольшим и наименьшим значениями измерительного усилия при однонаправленном изменении значений измеряемой величины называется колебанием (перепадом) измерительного усилия.

Величина измерительного усилия и его перепад оказывают большое влияние на результат измерения, так как вызывают деформации измерительной оснастки, контролируемой поверхности и других элементов, что приводит к возникновению дополнительной поверхности.
По этой причине всегда стремятся к уменьшению измерительного усилия и его перепада, но в ограниченных пределах, поскольку слишком малое измерительное усилие может привести к отрыву наконечника от контролируемой поверхности, т.е. к ненадежности измерения, особенно при динамических измерениях на больших скоростях.

Нормальное значение температуры

Для измерительных инструментов, приборов и деталей машин ГОСТ 9249-59 установлено нормальное значение температуры, равное 20 ˚С. Именно при этой температуре действительны все размеры, меры, метрологические характеристики измерительных приборов, результаты измерении и т.п.

Степень защиты измерительных приборов

Примечание: точками обозначены недостающие цифры в обозначении степени защиты от другого вредного фактора.

Источник

Аналоговые измерительные устройства

Метрологическими характеристиками средств измерений называются такие характеристики их свойств, которые оказывают влияние на результаты и погреш­ности измерений и предназначены для оценки технического уровня и качества средств измерений, для определения результатов измерений и расчетной оценки характеристик инструментальной и методических составляющих погрешности измерений.

Основными характеристиками электромеханических приборов являются: точность, чувствительность, диапазон измерений, собст­венное потребление мощности, время успокоения, устойчивость к перегрузкам (электрическим и механическим), надежность и др.

Точность средства измерений есть качество средства измерений, отражающее близость нулю его погрешностей. Чем меньшие погрешности имеет средство измерений, тем оно считается более точным.

Свойства электромеханического прибора в отношении точности характеризуется классом точности и другими свойствами прибора, влияющими на его точность, значения которых устанав­ливаются в стандартах на отдельные виды приборов.

Способы нормирования и формы выражения пределов основ­ной и дополнительных погрешностей (абсолютная, относительная и приведенная), а также обозначения классов точности приведены в ГОСТ 8.401—80. Нормальные значения влияющих величин и рабочие условия применения установлены ГОСТ 22261-82.

Показателями качества рассматриваемых приборов в отноше­нии точности являются также вариация показаний и невозвращение указателя к отметке механического нуля.

Вариация показаний имеет место в приборах с подвижной частью на кернах (вызывается в основном трением в опорах), а также в приборах с магнитомягкими сердечниками или магнитопроводами при работе на постоянном токе. Для большинства приборов вариация не должна превышать абсолютного значения допускаемой основной погрешности.

Диапазон измерений – область значений величины, в пределах которой нормированы допускаемые пределы погрешности средства измерений.

Значения величины, ограничивающие диапазон измерений снизу и сверху (слева и справа), называют соответственно «нижним пределом измерений прибора» или «верхним пределом измерений прибора».

Нижний предел измерения реально не бывает равным нулю, так как он ограничивается обычно порогом чувствительности, помехами или погрешностями измерений. Поэтому для многих измерительных приборов, на шкале которых имеется отметка « 0 », нижний предел измерения в действи­тельности не равен нулю.

Различают полный и рабочий диапазоны измерения измеряемой величины (рис.3.2).

Чувствительность определяется как отношение приращения выходного сиг­нала D Х_П на выходе измерительного прибора к вызвавшему это приращение изменению входного сигнала D Х. В общем случае чувствительность определяется как

(3.3)

В практике пользуются относительной чувствительностью

Измеряемый объект и средство измерений связаны и взаимодействуют между со­бой. Такое взаимодействие необходимо для проведения измерения.

Для приведения в действие измерительного прибора необходима энергия, которая потребляется от объекта измерения. Естественно, эта энергия должна быть небольшой, чтобы измерительный прибор не вносил заметного искажения в измеряемый процесс. Поскольку мощность, потребляемая входной цепью прибора, конечна, ее значение является важным по­казателем средства измерения.

У электромеханических приборов потребляемая мощность определяется входным сопротивлением прибора. Для прибо­ров, реагирующих на напряжение (включаемых параллельно участку цепи), входное сопротивление должно быть большим, тогда входная мощность Р = U 2 /R_ВХ будет невелика. У приборов, чувствительных к току (включаемых последовательно в электрическую цепь), входное сопротивление, наоборот, должно быть минимальным (по крайней мере, намного меньшим, чем сопротивление участка цепи).

Входное сопротивление является важным параметром средства измерений. Оно показывает степень приспособленности данного средства к измерениям в маломощных измерительных цепях. Если мощность, потребляемая входной цепью прибора, одного порядка с мощностью входного сигнала, приходится вводить поправки или обеспечивать согласование прибора с источником измерительного сигнала.

Динамические характеристики средства измерений описывают инерционные свойства средств измерений и определяют зависимость выходного сигнала средств измерений от меняющихся во времени величин: входного сигнала, нагрузки, влияющих величин.

При изменении измеряемого значения подвижная часть ИМ, обладающая определенным моментом инерции, не сразу устанав­ливается в положение равновесия, а совершает во время пере­ходного процесса колебательное, или апериодическое, движение.

Временем успокоения подвижной части ИМ называется промежуток времени, прошедший с момента изменения измеря­емой величины до момента, когда отличие показания прибора от установившегося его показания не превысит ±1% от длины шкалы.

Время успокоения t_У отсчитывают от начала перемещения указате­ля до того момента, когда поло­жение указателя будет отличаться от установившегося не более чем на ±1% от угла шкалы (≤ 0,01 α _Ш ).

Для измерительных приборов обычно указывается время установления показания: промежуток времени с момента начала измерения до момента установления показаний (т.е. когда переходный процесс закончился). Значение t_У для боль­шинства электромеханических приборов не должно превышать 4 с (для электростатических и те­рмоэлектрических приборов 6 с).

Отношение первого отброса α₁ указателя (размаха первого колебания подвижной части при внезапном изменении измеряемой величины) к установившемуся отклонению α₀ для показывающих приборов не должно превышать 1,5 (ε = α₁/α₀ ≤ 1,5). Это отноше­ние является характеристикой переходного процесса в рассматри­ваемых приборах.

Надежностью измерительного прибора называется его свойство выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствующих заданным условиям использования, хранения и транспортирования. Надежность прибора – это, прежде всего его безотказность, т. е. свойство непрерывно сохранять работоспособ­ность в течение некоторого времени. Нарушения работоспособности или отказы характеризуются изменениями одного или нескольких заданных параметров прибора, которые могут быть скачкообразными (внезапные отказы) или постепенными (постепенные отказы).

Для щитовых приборов и переносных показывающих приборов основными контролируемыми параметрами, по которым опреде­ляют отказы, являются основная погрешность, вариация, не­возвращение указателя, влияние наклона, электрическая прочность и сопротивление изоляции, время успокоения. Показатели надеж­ности приведены в ГОСТ 22261—82, 27.003—83, 4.194—85.

Источник

Характеристики измерительных приборов

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Основные понятия

Измерение – процесс, заключающийся в определении значения физической величины с помощью специальных технических средств.

Средства измерения представлены в виде структурной схемы:

Измерительные преобразователи— предназначены для выработки сигнала измерительной информации в форме удобной для передачи дальнейшего преобразования, обработки или хранения, но не поддающиеся восприятию наблюдателя.(пульты управления)

Измерительные преобразователи могут быть энергетическими (не требуют постороннего источника энергии) и параметрическими (требуют постороннего источник энергии) Различают преобразователи непрерывной величины в дискретную, первичные, передающие, масштабные, выходные, обратные, сравнения с одной или несколькими величинами. К измерительным преобразователям относятся делители напряжения и тока, добавочные резисторы, шунты, измерительные трансформаторы, выпрямители, усилители.

Измерительные установки— совокупность функционально объединенных средств измерений предназначенных для выработки, сигналов в удобной форме для наблюдателя

ИИС бывают измерительные, диагностические и автоматического контроля. Виды измерений:

Прямые измерения— измерения, при которых искомое значение физической величины находят непосредственно из опытных данных.

Косвенные измерения— измерения, при которых искомое значение физической величины находят на основании математической зависимости между искомой величиной и величинами аргументами, полученными при прямых измерениях

Совместные и совокупныеизмерения близки по способу нахождения искомых значений величин (в обоих случаях они находятся решением уравнений) и коэффициентов, в которых отдельные члены получены в результате прямых измерений. Отличие состоит в том, что при совокупных измерениях одновременно измеряется несколько одноименных величин, а при совместных- разноименных.

Обычные измерения— измерения, выполняемые с однократным наблюдением.

Статистические измерения— измерения с многократным наблюдением.

Статические измерения— измерения, при которых измеряемая величина остается постоянной во времени в процессе измерения.

Динамические измерения— измерения, при которых измеряемая величина изменяется в процессе измерения.

Метод непосредственной оценкизаключается в непосредственном определении значения физической величины по отчетному устройству измерительного устройства заранее проградуированного в значениях измеряемой величины.

Основные методы измерения:

Метод сравнения с меройзаключается в определении искомой определяемой физической величины сравнением с величиной воспроизводимой мерой.

Дифференциальный метод основан на измерении разности между искомой величиной и истинным значением. Он применяется при измерении параметров цепи.

Метод замещений— метод, при котором измеряемая величина замещается известной величиной, воспроизводимой мерой равной по значению замещенной.

Метод противопоставлений— метод, при котором измеряемая величина и известная величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор сравнений, с помощью показаний которого устанавливают соотношения между ними.

Методика измерений— детально намеченный порядок процесса измерений, регламентирующие методы, средства, алгоритмы выполнения измерений, которые в определенных условиях обеспечивают измерения с заданной точностью.

Алгоритм измерений— точное предписание о выполнении в определенном порядке совокупности операций, обеспечивающих измерения значений физической величины.

Приборам у которых пределы допускаемых основных погрешностей задаются относительной основной или приведенной погрешностей, присваивают согласно ГОСТ классы точности, выбираемые из следующего ряда : 1*10 п ;
где

Погрешность прибора, в зависимости от значения входной величины, можно представить в виде аддитивной ( ) и мультипликативной погрешности ( ):

Относительные погрешности прибора:

В зависимости от времени поведения измеряемой величины в процессе измерения определяются статические и динамические погрешности.

Статические погрешности— это погрешности, возникающие при измерении постоянной во времени величины.

Динамическая погрешность— это разность между погрешностью прибора вдинамическом режиме и его статической погрешностью соответствующей значению величины в данный момент времени. Она зависит как от свойств прибора, так и от характера изменения измеряемой величины во времени (если время установления показаний прибора больше времени интервала измеряемой величины, то возникает динамическая погрешность). Подключение измерительных приборов к участку цепи не должно нарушать энергетического баланса в измеряемой цепи.

Быстродействие— это время затраченное на одно измерение. Для аналоговых приборов быстродействие определяется временем установления показаний. Для цифровых приборов оно определяется отношением количества измерений за промежуток времени в отношении к этому промежутку:

1. Вероятность безотказной работы в течении заданного времени.

2. Интенсивность отказов.

3. Время безотказной работы. Оценка надежности производится в процессе разработки прибора.

Характеристики измерительных приборов

Основными характеристиками являются:

1. Уравнения преобразования (градуировочная характеристика).

3. Порог чувствительности.

4. Диапазон измерений.

5. Область рабочих частот.

6. Статический и динамические погрешности.

7. Собственная мощность потребляемая прибором.

Градуировочная характеристика отражает функциональную зависимость между выходным сигналом и входным .

Чувствительность характеризует способность прибора реагировать на изменения входного сигнала, отражает зависимость по выражению:

Порог чувствительности отражает изменения входного сигнала, вызывающего наименьшие изменения выходного сигнала, которые могут быть обнаружены наблюдателем с помощью данного прибора без дополнительных устройств.

Диапазон измерений— это область значений измеряемого сигнала для которой нормированы допускаемые погрешности.

Область рабочих частот— полоса частот, в пределах которой погрешность прибора, вызванная изменением частоты, не превышает допускаемого предела.

По способу выражения различают абсолютную, относительную, приведенную, основную и дополнительную погрешности самого прибора.

Абсолютная погрешность прибора( ) отражает разность между показаниями прибора и истинным значением измеряемой физической величиной. Эта погрешность взятая с обратным знаком называется поправкой ( ).

Относительная погрешность( ) отражает отношение абсолютной погрешности к истинному значению измеряемой величины и выражается в процентах.

Относительная погрешность обычно существенно изменяется вдоль шкалы прибора. С уменьшением значения измеряемой величины- увеличивается.

Приведенная погрешность( )- отношение абсолютной погрешности прибора к нормированному значению и выражается в процентах.

Класс точности— обобщенная характеристика определяемая пределами допускаемых основных и дополнительных погрешностей. Он характеризует свойства приборов в отношении точности измерений, но не является непосредственным показателем точности измерений, выполняемых с помощью этих приборов.

2 АНАЛОГОВЫЕ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

2.1 Общие сведения

В аналоговых электромеханических измерительных приборах непосредственной оценки электромагнитная энергия, подведенная к прибору непосредственно из измеряемой цепи, преобразуется в механическую энергию углового перемещения подвижной части относительно неподвижной.

Электромеханические измерительные приборы (ЭИП) применяет для измерения тока, напряжения, мощности, частоты, фазовых сдвигов, сопротивлений и других электрических величин на по­стоянном и переменном токе преимущественно промышленной ча­стоты 50 Гц. Эти приборы относят к приборам прямого преобразо­вания. Они состоят из электрического преобразователя (измери­тельной цепи), электромеханического преобразователя (измеритель­ного механизма), отсчетного устройства (рис. 2.1).

Рисунок 2.1 – Схема электромеханического аналогового измерительного прибора

Измерительная цепь прибора обеспечивает преобразование элект­рической измеряемой величины X в некоторую промежуточную электрическую величину Y (ток или напряжение), функционально связанную с измеряемой величиной X. Величина Y непосредственно воздействует на измерительный механизм ИМ.

В зависимости от характера преобразо­вания измерительная цепь может представлять собой совокуп­ность преобразовательных элементов (резисторов, конденсаторов, выпрямителей, термопар и др.).

Различные измерительные цепи позволяют использовать один и тот же измерительный механизм при измерениях разнородных величин, напряжения, тока, сопротивления, меняющихся в широ­ких пределах.

Измерительный механизм, являясь основной частью конструк­ции прибора, преобразует электромагнитную энергию в механическую энергию, необходимую для угла отклонения α его подвиж­ной части относительно неподвижной, т. е. (Х).

Подвижная часть измерительного механизма ИМ представляет собой механическую систему с одной степенью свободы относительно оси вращения.

Дифференциальное уравнение моментов, описывающее работу ИМ, имеет вид:

т. е. момент количества движения равен сумме моментов, действую­щих на подвижную часть.

На подвижную часть измерительного механизма при ее движении воздействуют:

вращающий момент М, определяемый для всех ЭИП скоростью изменения энергии электромагнитного поля , сосредоточенной в механизме, по углу отклонения α подвижной части. Вращающий момент является некоторой функцией измеряемой величины X, а следовательно, Y (тока, напряжения, произведения токов) и α:

(2.2)

противодействующий момент , создаваемый механическим путем с помощью спиральных пружин, растяжек, подводящих проводов и пропорциональный углу отклонения а подвижной части

(2.3)

где W — удельный противодействующий момент на единицу угла закручивания пружины (зависит от материала пружины и ее гео­метрических размеров);

момент успокоения , т. е. момент сил сопротивления движе­нию, всегда направленный навстречу движению и пропорциональ­ный угловой скорости отклонения:

(2.4)

(2.5)

(2.6)

Установившееся отклонение подвижной части механизма определяется равенством вращающего и противодействующего моментов, т. е. , что бывает, когда два первых члена левой части, дифференциального уравнения (2.6) равны нулю. Подстановкой в равенство аналитических выражений моментов получают уравнение шкалы прибора, показывающее зависимость угла отклонения α подвижной части от значения измеряемой величины и параметров измерительного механизма.

В зависимости от способа преобразования электромагнитной энергии, в механическое угловое перемещение подвижной части измерительного механизма приборы делят на магнитоэлектрические, электродинамические, ферродинамические, электромагнитные, элек­тростатические и др.

Отсчетное устройство аналоговых электромеханических прибо­ров чаще всего состоит из указателя, жестко связанного с подвиж­ной частью измерительного механизма, и неподвижной шкалы. Шкала представляет собой совокупность отметок, которые распо­ложены вдоль какой-либо линии и изображают ряд последователь­ных чисел, соответствующих значениям измеряемой величины. От­метки имеют вид штрихов, черточек, точек и т. п. Указатели бы­вают стрелочные (механические) и световые.

По начертанию шкалы бывают прямолинейные (гори­зонтальные или вертикальные), дуговые (при дуге до 180° включи­тельно) и круговые (при дуге более 180°).

По характеру расположения отметок раз­личают шкалы равномерные и неравномерные, односторонние отно­сительно нуля, двусторонние и безнулевые. Шкалы градуируются либо в единицах измеряемой величины (именованная шкала), либо в делениях (неименованная шкала).

Числовое значение измеряемой величины равно произведению числа делений прочитанных по шкале, на цену (постоянную) при­бора.

Поскольку электромеханические измерительные приборы яв­ляются приборами прямого преобразования, чувствительность при­бора Sп в целом определяется чувствительностью цепи Sц и чувст­вительностью измерительного механизма Sи:

Sп = Sц Sи (2.7)

Так как любой измерительный механизм электромеханического прибора состоит из подвижной и неподвижной частей, то для обес­печения свободного перемещения подвижной части последнюю уста­навливают на опорах (рисунок 2.2, а), растяжках (рисунок 2.2, б), подвесе (рис. 2.2, в).

Рисунок 2.2 – Установка подвижной части измерительного механизма

При установке подвижной части измерительного механизма на опорах последние пред­ставляют собой легкую алюминиевую трубку, в которую запрессовывают керны (стальные отрезки). Концы кернов затачивают и шлифуют на конус с закруглением. Опираются керны на агатовые или корундовые подпятники. При установке подвижной части измерительного механизма на кернах между керном и подпятником возникает трение, что вносит погрешность в показания прибора. В приборах высокого класса точности (лабораторных) для умень­шения трения шкала устанавливается горизонтально, а ось вер­тикально. При этом нагрузка сосредоточена в основном на нижней опоре.

Установка подвижной части измеритель­ного механизма на растяжках наиболее распрост­ранена в приборах. Растяжки представляют собой две тонкие ленты из бронзового сплава, на ко­торых подвешивается подвиж­ная часть измерительного ме­ханизма. Их наличие обеспе­чивает отсутствие трения в опорах, облегчает подвижную систему, повышает вибро­устойчивость. Растяжки ис­пользуются также для подве­дения тока к обмотке рамки и создания противодействую­щего момента.

Установку под­вижной части изме­рительного меха­низма на подвесе используют в особо чувствительных приборах. Подвижную часть, измерительного механизма подвешивают на тонкой металлической (иногда кварцевой) нити. Ток в рамку подвижной части подводят через нить подвеса и специальный безмоментный токоподвод из золота или серебра.

При транспортировке подвижную часть измерительного меха­низма закрепляют неподвижно с помощью арретира.

Для уравновешивания подвижной части служат грузики противовесы 10. Измерительный механизм считается уравновешенным, когда центр тяжести подвижной части совпадает с осью вращения. Хорошо уравновешенный измеритель­ный механизм показывает при различных положениях одно и то же значение измеряемой величины.

Для создания необходимого успокоения измерительные механизмы снабжают успокоителями, развивающими момент направленный на­встречу движению (время успокоения не более 4 с). В измерительных механиз­мах наиболее часто приме­няются магнитоиндукционные и воздушные успокои­тели и реже жидкостные (когда требуется очень большое успокоение).

Магнитоиндукционный успокоитель (рис. 2.4, а) состоит из постоянного магнита 1 алюминиевого диска 2, жестко связанного с подвижной частью механизма и свободно перемещающегося в поле постоянного магнита. Успокоение создается за счет взаимодейст­вия токов, индуктированных в диске при его перемещении в маг­нитном поле постоянного магнита с потоком этого же магнита.

Рисунок 2.4 – Типы успокоителей

Воздушный успокоитель (рис. 2.4, б) представляет собой камеру 1, в которой перемещается легкое алюминиевое крыло (или поршенек) 2, жестко связанное с подвижной частью измерительного механизма. При перемещении воздуха из одной части камеры в другую через зазор (между камерой и крылом) тормозится движение крыла и колебания подвижной части быстро затухают.

Воздушные успокоители слабее магнитоиндукционных.

2.2 Магнитоэлектрические измерительные приборы

Измерительные механизмы. Работа магнитоэлектрических измерительных механизмов основана на принципе взаимодействия катушки с током и магнитного потока постоянного магнита. Один из взаимодействующих элементов — подвижный (катушка (рамка) с током или постоянный магнит).

Наиболее распространены измерительные механизмы с подвиж­ной рамкой.

По конструкции магнитной системы различают механизмы с внеш­ним (рис. 2.5) и внутрирамочным магнитом. Первый состоит из внешнего магнита 1 из магнитотвердого мате­риала, магнитопровода 3 и цилиндрического сердечника 6 из магнитомягкого материала. В воздушном зазоре между полюсными наконечни­ками магнита и подвиж­ным цилиндрическим сердечником создается практически равномер­ное радиальное магнит­ное поле. В воздушном зазоре помещается рам­ка 5 из тонкого изоли­рованного медного про­вода, намотанного на легкий бумажный или алюминиевый каркас прямоугольной фор­мы. К рамке с двух сторон приклеивают алюминиевые буксы, в которых закрепляют полуоси или растяжки. Рамка может пово­рачиваться вместе с осью и стрелкой 2 вокруг цилиндрического сер­дечника. Измеряемый токIпропускают в обмотку рамки через две спиральные пружины 7, создающие также противодействующий момент. Для уравновешивания подвижной части служат, противо­весы-грузики 4. Алюминиевая стрелка и шкала образуют отсчетное устройство.

Рисунок 2.5 – Устройство магнитоэлектрического измерительного механизма

При протекании по обмотке рамки постоянного тока I на ак­тивные стороны обмотки рамки действует пара сил, создающая вращающий момент:

(2.8)

Произведение al равно активной площади S рамки. Соответственно

(2.9)

где — потокосцепление обмотки рамки при повороте ее на угол
α = 1 рад.

Вращающий момент измерительного механизма стадиальным равномерным магнитным полем в воздушном зазоре не зависит от угла отклонения, а подвижной части. Под действием М подвижная участь поворачивается вокруг оси, тем самым закручивая спиральные пружины. Создающийся при этом противодействующий момент

(2.10)

При отклонении рамки на некоторый угол, а вращающий и противодействующий моменты уравняются по значению, дальнейшее отклонение рамки прекратится. Из условия равенства моментов следует, что или , откуда угол отклонения под­вижной части механизма

S1I, (2.11)

где — чувствительность измерительного механизма по току.

Из (2.11) следует, что отклонение подвижной части измеритель­ного механизма линейно растет с увеличением тока I, т. е. шкала равномерная.

При изменении направления токаI изменяется направление от­клонения подвижной части измерительного механизма; при включе­нии последнего в цепь переменного тока из-за инерционности его подвижной части среднее значение вращающего момента за период будет равно нулю.

В магнитоэлектрических измерительных механизмах успокоение подвижной части магнитоиндукционное и воздушное. При отклоне­нии подвижной части в поле постоянного магнита в алюминиевом каркасе рамки, а также, в витках обмотки рамки, замкнутой на некоторое внешнее сопротивление, индуктируются токи, создающие совместно с полем постоянного магнита тормозной момент, быстро успокаивающий подвижную часть.

К достоинствам магнитоэлектрических измерительных механизмов относят: высокую чувствительность (ИМ обладает сильным собственным магнитным полем поэтому даже при малых токах создается достаточный вращающий момент); большую точность (из-за высокой стабильности элементов ИМ, незначительного влияния внешних магнитных полей); незначительное влияние на режим из­меряемой цепи, так как мощность потребления ИМ мала; хорошее успокоение; равномерность шкалы.

К недостаткам измерительных механизмов относят: сложность, изготовления, плохую перегрузочную способность, обусловленную легким перегревом пружин и изменением их свойств; температурные влияния на точность измерения.

Магнитоэлектрические измерительные механизмы используют:

в многопредельных, широкодиапазонных магнитоэлектрических амперметрах, вольтметрах для непосредственных измерений в цепях постоянного тока;

аналоговых омметрах, электронных вольтметрах, термоэлектри­ческих амперметрах, вольтметрах, электронных частотомерах, фазо­метрах;

в комбинированных аналоговых вольтметрах в которых магнито­электрические измерительные механизмы совместно с выпрямитель­ными преобразователями используются при измерениях переменного тока, напряжения;

в логометрах (двухрамочных механизмах), используемых в оммет­рах, частотомерах и т. д.

Амперметры. Основой амперметров и вольтметров является из­мерительный механизм. В микро- и миллиамперметрах, предназна­ченных для измерения токов (не превосходящих 50 мА), измеритель­ная цепь состоит из рамки и пружин, через которые подводится ток к рамке (сопротивление цепи измерительного механизма ).

Значение тока полного отклонения ограничено влиянием его теплового действия на упругие свойства спиральных противодейст­вующих пружинок.

Если измеряемый ток I превосходит по значению ток полного отклонения подвижной части, то параллельно цепи измеритель­ного механизма ИМ подключается шунт (резистор), через который пропускается ток (рис. 2.6).

Значение сопротивления шунта определяется из условия

(2.12)

) (2.13)

Шунты обычно изготовляют из манганина, обладающего нич­тожно малым температурным коэффициентом. Большое распрост­ранение получили многопредельные ступенчатые шунты, включае­мые по кольцевой схеме (рис. 2.7).

В двухпредельном амперметре, если принять I1

Дата добавления: 2018-02-28 ; просмотров: 4598 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Источник