3.3. Основні характеристики електровимірювальних приладів

Характеристики вимірювальних приладів визначені держав­ними стандартами. Основними характеристиками приладів є: діапазон вимірювань, чутливість, поріг чутливості, спожита потужність, похибки.

Діапазон вимірювань— область значень вимірюваної вели­чини X, для якої нормовані допустимі похибки. Ця область обмеже­на межами вимірювань — найбільшими і найменшими значеннями. діапазону вимірювань.

Чутливістю S аналогового електровимірювального приладу до вимірюваної величини X називається похідна від переміщення вказівника по вимірюваній величині X. У еликої групи електро­вимірювальних приладів вказівних має кутове переміщення. Для Цих приладів чутливість визначається як похідна від кута відхилення а вказівника по вимірюваній величині X, тобто

(3.2)

Якщо функція F(Х) = соnst, то прилад має рівномірну шкалу, у протилежному випадку шкала нерівномірна. Дане визначення не поширюється на інтегруючі прилади (лічильники).

Чутливість приладу не потрібно плутати з порогом чутливості, під яким розуміють найменшу зміни вхідної величини X, яка може викликати помітну зміну показів приладу.

Спожита потужність характеризує економічні можливості приладу: чим менша спожита потужність, тим вища якість приладу, оскільки спожита потужність порушує режим дослід­жуваного кола і це призводить до похибок вимірів.

Похибка вимірювання — це якість вимірювання, що характеризує відхилення результату вимірювання від істинного значення вимірюваної величини.

3.4. Механічні вузли і деталі приладів

У показуючих вимірювальних приладах прямого відліку рухома частина під дією вимірюваної величини переміщається по відношенню до нерухомої. За конструкцією відлікового пристрою розрізняють показуючі прилади зі стрілочними і зі світовими вказівниками. Загальною особливістю цих приладів є встановлення рухомої частини на розтяжках, на осях і на підвісі. Розглянемо ці три способи, які забезпечують обертання рухомої частини приладів. Деталі, які підтримують рухому частину приладів, називаються опорами рухомої частини.

Установка на осях (кернах). У цьому випадку рухома частина приладу обладнується двома стальними вістрями — кернами, які утворюють вісь обертання і опираються на агатові чи корундові підп'ятники (рис. 3.3).

В приладах які мають рухому частину з обмоткою роблять півосі. Стальні осі і вставні керни заточують під кутом 60°-закалюють, шліфують і полірують. Кінці їх заокруглюють утворюючи сферу радіусом від 20 до 100 мкм (рис. 3.4). Таке заокруглення потрібно для забезпечення цілісності вістря. Підп'ятники для осей складаються з латунного гвинта із завальцьованим у нього напівдорогоцінним каменем (агат, корунд). Деколи застосовують підп'ятники з амортизуючою пружинкою для зменшення ймовірності пошкодження керна або каменю при транспортуванні приладу. Суттєвим недоліком установки рухомої частини на кернах є наявність моменту тертя між керном і підп'ят­ником, що вносить похибки у покази приладу. При вертикальному розміщенні осі, тертя значно менше, ніж при горизонтальному. Тому у більшості точних приладів — робоче положення шкали є горизонтальне, а вісь вертикальна.

Кріплення на розтяжках. Застосовується у більшості випад­ків виготовлення приладів на сучасний період. Розтяжки — це пружні стрічки із берилієвої і олово-цинкової бронзи (фосфористої, кадмієвої бронзи) (рис. 3.5). Рухома частина підвішується на двох розтяжках, а кінці останніх кріпляться до двох плоских пружин. Розтяжки можуть служити для підведення струму у рухому частину приладу, а їх закручування створює протидіючий момент. Тобто розтяжки виконують дві ролі: по-перше — вони утворюють вісь обертання; по-друге — створюють протидіючий момент.

Підвіс на нитці (рис. 3.6). В особливо чутливих приладах (гальванометрах) рухома частина підвішується на тоненькій бронзовій стрічні довжиною 8—15 см; деколи для цього застосо­вують кварцові нитки. У приладів з такою установкою повинен бути рівнемір, оскільки при підвісі положення рухомої частини по відношенню до нерухомої залежить від положення приладу. У приладах з кріпленням рухомої частини на розтяжках або на підвісі момент сухого тертя практично відсутній, що значно підвищує точність та чутливість приладів.

Стрілки виготовляються з листового алюмінію товщиною біля 0,1 мм. У переносних приладах стрілки часто роблять з алюмінієвої чи скляної трубочки. Стрілка приладу знаходиться на відстані 1— 2 мм від поверхні циферблату і тому покази приладу здаються різними залежно від того, під яким кутом дивитися на-стрілку. Правильні покази будуть під кутом зору 90°. Для уникнення похибок від паралакса (зміни кута зору) прилади високої точності мають ножеподібні стрілки із дзеркальними шкалами.

Світловий вказівник. Показуючі прилади особливо високої чутливості (гальванометри) деколи не мають стрілок, а їхню роль виконує світловий вказівник - світловий промінь. У цьому разі на рухомій частині приладу закріплюється маленьке дзеркальце (рис. 3.7).

З освітлювального приладу (лампи) через об'єктив і діафрагму з натягнутою у ній ниткою, світло спрямовується на дзеркало у приладі і відбивається від нього через систему дзеркал потрапляє на велику шкалу. На шкалі буде світловий відбиток з пересіченою ниткою. У такому пристрої самий незначний поворот рухомої частини викликає зміщення світлового променя на шкалі. Система нерухомих дзеркал потрібна для збільшення шляху довжини променя і відповідно чутливості приладу.

Циферблати приладів роблять механічними з обклейкою їх папером або з певним емальованим покриттям. Кожен прилад повинен мати ряд позначень: клас, точність, рід струму, вимі­рювальну величину, систему приладу і т.д.

Коректор. Температурні впливи, а також залишкові механіч­ні напруження у деталях можуть призводити до невеликого зміщення стрілки з нульової відмітки у виключеного приладу. Щоб мати можливість встановлювати стрілку на нульову відмітку застосовують коректор (рис. 3.8). У випадку застосування пружини 1 до коректора закріплюється один її кінець. Другий кінець пружини прикріплюється до осі 2 рухомої частини. Стрілку 5 можна зміщу­вати за допомогою важеля 3 повертаючи гвинт 4, який закріплюєть­ся у корпусі приладу. Для зрівноваження рухомої частини приладу на ній кріплять противаги — грузила б (рис. 3.8).Покази зрівно­важеного приладу майже не залежать від його положення. Грузила використовуються для кінцевого балансування рухомої частини, вони мають різьбу для переміщення центру ваги. Взагалі прилади конструюють так, щоб стрілка і поршень заспокоювача та інші деталі зрівноважували один одного. Повне балансування забезпе­чують грузила. Центр ваги повинен співпадати з віссю обертання у приладах (щоб не виникав додатковий момент від дії сили тяжіння на рухому систему і не впливав на покази приладу).

Рис. 3.8. Схема пристрою коректора

Заспокоювачі (рис. 3.9). Рухома частина приладу разом з пру­жиною утворює механічну систему, яка має масу, пружність і в якій можливі механічні коливання. Тому при зміні вимірюваної величини нове положення рівноваги у рухомої частини виникає не зразу, а у більшості випадків після кількох коливань біля нового положення рівноваги. Для того, щоб рухома частина швидше встановлювалась у рівновазі, у приладів є заспокоювачі. Поло­ження рівноваги встановлюється за умови рівності обертаючого і протидіючого моменту. Заспокоювачі поглинають кінетичну енергію рухомої частини. Час заспокоєння має бути не більший 4 с. Без заспокоювачів відлік показів приладів через коливання був би практично неможливим. В електровимірювальних приладах застосовуються заспокоювачі двох типів: повітряні і магніто-індукційні.

Повітряні заспокоювачі є двох типів: поршневі і крильчаті (рис. 3.9). Для гальмування застосовується різниця тисків повітря У закритій камері по обидві сторони легкого алюмінієвого крила (поршня), що виникає при його русі. Крило прикріплене на осі рухомої частини приладу. Повітряні заспокоювачі значно слабші магніто-індукційних. їх застосовують у тих випадках, коли наявність постійного магніту всередині приладу може бути причиною додаткових похибок у показах. У деяких приладах встановлюють дуже компактні рідинні заспокоювачі: у невисихаючій рідині переміщується крило, яке закріплене на рухомій частині приладу. Розміри крильчатки і поршня такі, що між їхніми ребрами і корпусами (стінками камери) є зазор 0,3—0,5 мм.

Магнітоіндукційний заспокоювач. Принцип його дії ґрунтується на взаємодії вихрових струмів, які інду­куються у рухомій частині при її русі у магнітному полі постійних магнітів, з цим полем. При русі сектору 1 у ньому виникають вихрові струми (рис. 3.10). їх взаємо­дія з магнітним полем по­стійних магнітів створює силу, яка (згідно принципу Ленца) гальмує рухому ча­стину. При обертанні рухо­мої частини алюмінієва пластинка (1) рухається у зазорі постійного магніту і у ній виникають вихрові струми. Товщина пластини 0,15—0,3 мм. Взаємодія цих вихрових струмів з полем магніту створює механічну силу, яка діє завжди у напрямку, протилежному напрямку руху пластинки, тому коливання рухомої частини, швидко гаснуть.