- •Предмет и задачи метрологии
- •Законодательная метрология
- •2.1 Государственное законодательство по обеспечению единства измерений
- •2.2 Государственная система метрологического обеспечения
- •Типовая структура метрологической службы промышленного предприятия
- •2.4 Международные метрологические организации
- •2.4.1 Международная организация мер и весов (момв)
- •2.4.2 Международная организация законодательной метрологии (мозм)
- •2.4.3 Другие международные организации
- •2.4.4 Межгосударственная координация по метрологии в снг
- •3 Информационная характеристика процесса измерения
- •4 Физические величины и их шкалы
- •4.1 Понятие шкалы реперов измеряемой величины
- •4.2 Определение наиболее распространенных шкал
- •4.4 Правила написания обозначение единиц
- •5 Погрешности измерений
- •5.1 Причины погрешностей
- •5.2 Обозначение погрешности
- •5.3 Классификация погрешностей
- •5.4 Оценка случайных погрешностей
- •5.5 Суммирование погрешностей
- •6. Общие правила выполнения измерения
- •6.1 Организация измерений
- •6.2. Учет систематических погрешностей и способы их уменьшения
- •6.3 Обработка результатов измерения
- •6.4 Форма представления и интерпретация результатов измерения
- •7 Метрологическая аттестация
- •7.1 Аттестация, поверка и испытания средств измерения
- •7.2 Сертификация средств измерений
- •8 Методы и средства для измерения электрических величин
- •8.1 Условные обозначения на шкалах приборов
- •8.2 Системы измерительных приборов
- •8.2.1 Магнитоэлектрические механизмы
- •8.2.2 Электродинамические механизмы
- •8.2.3 Электромагнитные механизмы
- •8.2.4 Электростатические механизмы
- •8.2.5 Выпрямительные приборы
- •8.2.6 Термоэлектрические приборы
- •8.3 Электронные приборы
- •8.3.1 Электронные вольтметры
- •8.3.2 Электронные омметры
- •8.3.3 Электронно-лучевые осциллографы
- •8.4 Мостовые и компенсационные измерительные схемы
- •8.4.1 Мостовые измерительные цепи
- •8.4.2 Компенсационные измерительные цепи
- •8.4.3 Автоматические мосты и компенсаторы
- •8.5 Цифровые приборы
- •8.5.1 Аналого-цифровые преобразователи
- •8.5.2 Цифровые вольтметры
- •8.5.3 Измерители частоты и интервалов времени
- •9 Измерение неэлектрических величин электрическими методами
- •9.1 Классификация измерительных преобразователей
- •9.2 Резистивные преобразователи
- •9.3 Электромагнитные преобразователи
- •9.4 Электростатические преобразователи
- •9.5 Тепловые преобразователи
8.2 Системы измерительных приборов
8.2.1 Магнитоэлектрические механизмы
Механизмы этого типа основаны на взаимодействии поля постоянного тока, проходящего через катушку, с полем постоянного магнита. Подвижная часть механизма представляет собой рамку (катушку) прямоугольной формы на алюминиевом каркасе либо без каркаса. Рамка может поворачиваться вокруг оси. Рамка крепится на жестких полуосях, вращающихся в опорах или на растяжках. К рамке подвешивается стрелка, уравновешиваемая грузиками. Магнитная цепь состоит из постоянного магнита с полюсными наконечниками, имеющими цилиндрическую расточку, цилиндрического сердечника и магнитопровода. Рамка вращается в зазоре между сердечником и полюсными наконечниками. В зазоре существует сильное, практически равномерное радиальное поле с индукцией В=μН, где Н – напряженность поля магнита, а μ - магнитная проницаемость воздуха. Энергия электромагнитного поля в зазоре определяется произведением :
We= ФI,
Где Ф – поток, сцепляющийся с рамкой; I- ток в рамке.
Чувствительность прибора постоянна и не зависит от угла по- ворота α , что говорит о равномерности шкалы магнитоэлектрической системы приборов. Для получения отклонения стрелки в нужную сторону необходимо соблюдать полярность подключения рамки, указанную на приборе.
Форма магнитопровода, магнита и сердечника могут быть различными. Чаще всего используется цилиндрический сердечник, вокруг которого вращается рамка - рис. 8.1. Магнитоэлектрические приборы используются только на постоянном токе. При подаче в рамку переменного тока i=Imsinωt среднее значение тока (а прибор реагирует на среднее значение) равно нулю. Но если в переменном токе будет содержаться постоянная составляющая, прибор покажет величину этой составляющей. При частотах ω переменного тока, меньше частоты собственных колебаний подвижной части (до 10 Гц), прибор может успевать за мгновенным значением входного тока.
К достоинствам измерительных механизмов магнитоэлектрической системы относятся: большая чувствительность (самая высокая среди всех систем), малое собственное потребление, малое влияние внешних электромагнитных полей, равномерная шкала, слабое влияние переменных высокочастотных помех.
Недостатками приборов считают их сложность, высокую стоимость и чувствительность к электрическим и механическим перегрузкам.
сердечник
N S магнит
рамка
Рис. 8.1 - Принцип реализации магнитоэлектрического механизма
Магнитоэлектрические измерительные механизмы являются основой амперметров и вольтметров постоянного тока.
При токах до 100 mА амперметр включают в цепь непосредственно, так, что весь ток проходит через обмотку рамки — рис. 8.2:
Rс Rн
I
Рис. 8.2 – Непосредственное включение амперметра
При этом чувствительность прибора равна чувствительности измерительного механизма. Изменение температуры среды сказывается на погрешности измерения незначительно, т.к. при любом сопротивлении рамки прибор показывает реальный ток, проходящий по ней. Температура сказывается только на жесткости пружин противодействующего механизма.
В амперметрах на большие токи измерительный механизм включают через шунт – рис. 8.3. Чувствительность амперметра с шунтом :
S = S′/(Rн / Rш+1)
Rш Rн
І0
I
Rc
Рис. 8.3 Включение амперметра через шунт.
Для построения вольтметра магнитоэлектрический механизм включают к измеряемому напряжению через добавочный резистор - рис. 8.4. Значение добавочного резистора определяется из условия обеспечения тока полного отклонения I0:
I0=U/(R0+Rд)
U
R0 Rд
I0
Рис. 8.4 - Магнитоэлектрический вольтметр
В вольтметрах Rд > Rо, поэтому влияние температуры на погрешность измерения незначительно, но с уменьшением предела измерения оно увеличивается. Магнитоэлектрические логометры содержат две рамки на одной оси, повернутые друг относительно друга. Логометр измеряет отношение токов, протекающих в обмотках рамок.
α=f(I1, I2)
В связи с тем, что вращающие моменты рамок противоположны, логометры не требуют специального создания противодействующего момента. Логометры чаще всего используются в омметрах для определения соотношения токов в плечах измерительной мостовой схемы.
Магнитоэлектрические амперметры изготавливаются на токи от 1 мкА и выше с классом точности от 0,1 до 2.5. На базе таких чувствительных приборов можно создать амперметр или вольтметр с любым пределом измерения, необходимым на практике.
Существуют магнитоэлектрические приборы с неподвижной катушкой и подвижным магнитом. Такие приборы обладают невысокой точностью, но очень надежны в тяжелых условиях эксплуатации. Область их применения - устройства самолетной и автотракторной техники.