Самописні прилади

Самописні прилади реєструють вимірювані величини: струм, напругу, потужність, cos φ протягом доби. Для переборення сил тер­тя застосовують вимірювальні механізми з великим обертальним мо­ментом. Це здебільшого прилади феродинамічної системи.

Будову і принцип дії приладу зображено на рис. 3.17. Спеціальна діаграмна паперова стрічка 9 перемотується з барабана 3 на барабан 1 із сталою швидкістю з допомогою синхронного двигуна (або годинникового механізму) невеликої потужності через приводний валик 2 із спеціальним барабаном. З віссю 5 рухомої частини вимірювального приладу через важіль 6 зв'язана стрілка приладу 7. На кінці цієї стрілки прикріплено перо 8, яке, рухаючись, лишає слід у вигляді кривої. Рух пера залежить від вимірювальної величини. Миттєве значення вимірювальної величини можна спостерігати на шкалі 4.

Крім запису на стрічці в прямокутних координатах існує запис на дисковій діаграмі в полярних координатах (рис. 3.17, б). Швидкість руху диска — один оберт за 12 або 24 години.

Вимірювання струму, напруги та опорів

На практиці застосовують різні методи вимірювання електричних величин: а) прямий, б) непрямий і в) метод порівняння.

Найчастіше в техніці застосовують прямий метод, при якому вимірювані величини визначають безпосередньо за показами приладу, шкалу якого відградуйовано в одиницях вимірювальної величини, наприклад струм — амперметром, напругу — вольтметром, опір — омметром.

При непрямому методі потрібну електричну величину визначають за показами інших електричних величин, наприклад опір — за напругою і струмом.

При методі порівняння застосовують містки і компенсатори, на­приклад вимірювання опору мостом Уітстона, або напруги — шляхом порівняння з нормальним гальванічним елементом і т. ін.

Вимірювання струму. У колах постійного струму для вимірювання величини струму застосовують амперметри магнітоелектричної системи. Вмикають їх у коло послідовно із споживачем. Щоб не порушити ре­жиму роботи кола, внутрішній опір їх беруть малим — 0,1—0,2 Ом.

Для розширення меж вимірювання в колах постійного струму застосовують шунти, які вмикають паралельно амперметру.

У колах змінного струму найчастіше застосовують амперметри електромагнітної системи. Для розширення меж вимірювання їх вмикають через вимірювальні трансформатори струму.

Вимірювання напруги. На затискачах генератора, трансформатора, споживача напругу (різницю потенціалів) вимірюють вольтметром, який приєднують паралельно ділянці кола. Щоб не порушити режиму роботи кола, внутрішній опір вольтметра беруть великим. Котушку вимірювального механізму намотують з тонкого проводу з багатьма витками.

Для розширення меж вимірювання приладів вольтметрів у колах до 500 В застосовують додаткові опори, які вмикають послідовно до вольтметра (п.3.2). У кола змінного струму високої напруги вольтметри електромагнітної системи вмикають через вимірювальні трансформатори напруги (п. 4.10).

Вимірювання опорів. Найпростіший метод вимірювання опорів — це метод амперметра і вольтметра. Тут можливі дві схеми вимірювання. За схемою рис. 3.18, а амперметр покаже загальний струм, що проходить через опір R_x і вольтметр. За схемою рис. 3.18, б вольтметр показує спад напруги на амперметрі й опорі R_x, а амперметр покаже струм, що тече через невідомий опір R_x. Аналіз цих схем з допомогою рівнянь Кірхгофа показує, що вимірювання середніх опорів (від 1 до 10 000 Ом) і великих опорів (від 10 000 до 100 000 Ом) з меншою похибкою дає схема рис. 3.18, б, а для малих опорів (до 1 Ом) — схема рис. 3.18, а. Невідомий опір R_x знаходять за відомою формулою

Швидше і зручніше опори вимірюють омметром, який є міліампер­метром магнітоелектричної системи з додатковим опором R_a. Вмикають його послідовно з невідомим опором R_x до батарейки з е.р.с. Е і внутрішнім опором r_б (рис. 3.19).

При сталій е.р.с Е струм у колі залежатиме від величини R_x і шкалу градуюють безпосередньо в омах

Із спрацюванням батарейки значення струму І_х при певному опорі R_x змінюється і, отже, зростає похибка вимірювання.

Для того щоб покази приладу не залежали від джерела струму, рухому частину вимірювального механізму виготовляють з двох скріплених котушок 1 і 2 (рис. 3.20), вміщених у поле постійного магніту NS і приєднаних паралельно спільному джерелу струму.

Такі прилади називають логометрами. У них немає протидіючих пружин. У коло котушки 1 ввімкнено опір R, а в коло котушки 2 — невідомий опір R_x. До котушок струм підводиться з допомогою безмоментних волосків 4 з платини або срібла. Напрям струмів в обмотках вибирають так, щоб моменти М₁ і М₂ діяли назустріч.

Магнітна індукція в зазорі не однорідна, тому що осердя 3 має еліпсовидну форму. Тому сили F₁ і F₂, а також моменти М₁ і М₁, створені цими силами, при обертанні рухомої частини змінюються неоднаково. Обертальні моменти котушок

де S₁ і S₂ — площі котушок; ω₁ і ω₂ — кількість витків у котушках.

Оскільки магнітна індукція змінюється з кутом повороту, тобто то при зрівноваженні моментів М₁ = М₂ і

тобто кут відхилення рухомої частини приладу залежить від відношення струмів і не залежить від джерела струму. Кожному значенню R_x відповідатиме певне відхилення стрілки, тому шкалу приладу гра­дуюють безпосередньо в омах.

Для вимірювання дуже великих опорів (понад 100 000 Ом), наприклад опору ізоляції обмоток тощо, застосовують мегомметр. У ньому джерелом струму є генератор постійного струму, якір якого обертається від руки з швидкістю 2 об/с. Е.р.с. генераторів у різних мегомметрах досягає 500, 1000 і навіть 2000 В. Принцип дії аналогічний логометру.

Точніші вимірювання опорів проводять з допомогою місткових схем (рис. 3.21). У трьох плечах моста ввімкнено відомі опори R1, R2 і R3. У четверте плече вмикається невідомий опір R_x. До точок 1 і 3 приєднують джерело струму, а між точками 2 і 4 гальванометр G.

Змінюючи опори R1, R2 і R3, у точках 2 і 4 добиваються однакових потенціалів, тоді міст буде зрівноважений, через гальванометр струм не піде, і стрілка його зупиниться на нульовій поділці. У цьому разі напруги на ділянках 1—2 і 1—4 будуть рівними між собою, тобто

те ж саме на ділянках 2—3 і 3—4

Поділивши опори

Зрівноважені мости застосовують і для вимірювання опорів у колах змінного струму.

У колах змінного струму вимірюють опори амперметром і вольтметром. При цьому знаходять повний опір Z:

Для визначення активного та індуктивного опорів у це саме коло вмикають ватметр. За показами приладів і за відомими формулами обчислюють опори:

Цим способом на практиці вимірюють опори обмоток електричних машин і котушок різних електромагнітних апаратів.

В практиці одержав розповсюдження комбінований переносний прилад авометр (ампервольтомметр, наприклад, АВО-63). Прилад призначений для вимірювання постійної і змінної сили струму в межах до 500 мА, постійної і змінної напруги до 500 В, а також опорів в межах до 2 МОм.

В авометрі встановлено магнітоелектричний мікроамперметр типу М2003 (струм повного відхилення — 150 МкА). Разом з резисторами R32 і R33 прилад працює як міліамперметр. Зовнішній вигляд авометра (без кришки) і його електрична принципова схема зображено на рис. 3.22.

Для одержання п'яти діапазонів вимірювання постійного струму е авометрі встановлено універсальний шунт, який складається з п'яте послідовно з'єднаних резисторів R25, R27, R29, R30, R31. Для вимірювання постійного струму наконечник одного з'єднувального проводу вставляють в гніздо «ОБЩ», а наконечник другого з'єднувального проводу вставляють в гніздо «МА» потрібного діапазону (рис. 3.22, а). Інші кінці з'єднувальних проводів вмикають у коло послідовно із споживачем. Ціну поділки по нижній шкалі визначають від діапазону вимірювання. Перемикач П ставлять в положення Ω (мітку ручки 10 суміщають із значком Ω). Наприклад, в діапазоні 500 мА струм проходитиме по колах (рис. 3.22, б): перше коло — клема 500, резистори R30, R29, R27, R25, перемикач П, резистор R33, міліамперметр, клема «ОБЩ». Ціна поділки ; друге коло — клема 500, резистор R31, клема «ОБЩ».

Вимірювальне коло міліамперметра змінного струму працює при перемиканні перемикача П в положення ~ (ручкою 10 мітку поставити проти ~).

Наконечники з'єднувальних проводів вставляють в гніздо «ОБЩ» і в гніздо панелі із значком ~. Інші кінці вмикають у коло вимірювання. Наприклад, в діапазоні 50 мА, вимірюваний струм піде по таких двох колах: перше — клема 50, резистор R18, діод VD1, перемикач П, резистор R33, міліамперметр, клема «ОБЩ»; друге — клема 50, резистор R22, клема «ОБЩ». Ціна поділки по середній шкалі

Для вимірювання напруги в колі постійного чи змінного струму користуються панеллю гнізд вольтметра, попередньо встановивши відповідне положення перемикача ручкою 10 (рис. 3.22, а). Ціну поділки визначають відомим способом. Наприклад, в діапазоні 500 В наконечники вставляють в гніздо «ОБЩ» і в гніздо 500 ~. Інші два кінці приєднують до ділянки кола, де необхідно виміряти напругу. Струм у приладі піде за таким шляхом: клема 500~, резистори R11, R12, R13, R14, R15, R16, R17, R18, діод VD1, перемикач П, резистор R33, міліамперметр, клема «ОБЩ». Ціна поділки по середній шкалі.

При вимірюванні омічного опору використовують панель опору Ω. Наприклад, для вимірювання омічного опору 1 < R <С 10 Ом наконечники вставляють відповідно в гніздо «ОБЩ» на панелі Ω і в гніздо 10. Інші кінці тимчасово замикають накоротко і ручкою 7 (рис. 3.22, а) змінюють опір резистора R24 до встановлення стрілки на нуль.

Потім кінці розмикають, приєднують невідомий опір. Покази приладу по верхній шкалі треба множити на 10. Якщо використовують гніздо 100 омметра, покази приладу треба множити на 100 і т. д.

Слід нагадати, що при вимірюванні омічного опору джерело струму не потрібне, бо прилад має своє джерело постійного струму — елементи типу 332.

Для вказаного приладу струм в приладі піде по таких колах: елемент Б1 (+), через невідомий опір, клема 10 омметра, резистори R28, R27, R25, перемикач П, резистор R33, міліамперметр, змінний резистор R24, мінусова клема елемента. Частина струму після резистора R28 піде через резистори R29, R30, R31 і далі до мінус елемента Б1.