4. Контрольні запитання

1. Дайте визначення аналогових та цифрових вимірювальних приладів.

2. Наведіть загальну структурну схему електромеханічних приладів.

3. Наведіть схему взаємного розташування елементів механізму електромеханічних приладів та поясніть призначення кожного з них.

4. Які відомі способи установки рухомої частини електромеханічних приладів?

5. Що собою уявляє пристрій відліку електромеханічних приладів?

6. Які функції виконують в електромеханічних приладах аретир та коректор?

7. В чому полягає принцип дії магнітоелектричних приладів?

8. Яку функцію виконує в магнітоелектричних приладах протидіюча пружина?

9. Виведіть рівняння перетворення магнітоелектричного приладу.

10. Проаналізуйте залежність динамічних характеристик магнітоелектричних приладів від їх окремих параметрів.

11. Наведіть приклади застосування магнітоелектричних приладів.

Лекція 5

1. Схеми вмикання магнітоелектричних приладів

1. Амперметри постійного струму

Для вимірювання струмів в діапазоні до 20-50 мА застосовують пряме включення приладів. Значення струму повного відхилення І_n обмежено впливом його теплової дії на рамку та пружні властивості пружини.

У випадках, коли І > І_n , паралельно приладу вмикають шунт з опором R_ш (рис.5.1). Задавши коефіцієнт розширення шкали амперметра , можна визначити R_ш. Оскільки , маємо

. (5.1)

Рис. 5.1

Рис. 5.2

Для багатограничного амперметра (рис. 5.2) шунти розраховуються за таким методом. Нехай І_1> І₂ , а коефіцієнти розширення шкали для першого та другого діапазонів становлять відповідно . Складемо систему рівнянь:

(5.2)

Сумісне рішення цих рівнянь дає значення

(5.3)

Використовують шунти на струми до 10000 А. Виготовляють їх з манганіну – спеціального сплаву міді (~84%), марганцю(~13.5%) та нікелю (~2.5%), який має високий питомий електричний опір, що мало залежить від температури. Класи точності шунтів: 0.02, 0.05, 0.2, 0.5. Опір шунта повинен бути стабільним по температурі. Шунти бувають індивідуальні ( вмонтовані в прилади і розраховані на струмі до 5 А ) і каліброваній ( наружні, до 10 000 А).

1.2. Вольтметри постійного струму

Вольтметри на основі магнітоелектричних приладів складаються з цих приладів та включених послідовно з ними додаткових опорів рис. 5.3.

Рис. 5.3

Границя вимірювання Un вольтметра без додаткового опору залежить від струму повного відхилення Іn та внутрішнього опору приладу Rn . (5.4)

Значення додаткових резисторів (на рис. 5.3 для першого діапазону , другого діапазону і третього діапазону ) розраховують з умови

де – граничне значення вимірюваної напруги на і-тому діапазоні (для схеми на рис.5.3 і=1,2,3), - коефіцієнт розширення границі вимірювання на і-тому діапазоні. Зауважимо, що при вимірюванні напруг до 600В застосовують внутрішні резистори, а для більшої напруги – зовнішні. Як і шунти, додаткові резистори виготовляють з манганіну.

2. Магнітоелектричні прилади з перетворювачами змінного струму в постійний

Магнітоелектричні прилади мають безперечні переваги – це лінійність шкали, висока чутливість та низька похибка вимірювання. Але ці переваги реалізуються лише на постійному струмі. Включення на вході приладів додаткових перетворювачів змінного струму в постійний дозволяє використати ці переваги і при вимірювані на змінному струмі.

Найчастіше приходиться вимірювати періодичні сигнали, для яких виконується умова: , де - період сигналу. Отже у періодичного сигнала миттєві значення повторюються через рівні проміжки часу . Для характеристики змінних сигналів застосовують такі їх значення.

Пікове значення сигналу – найбільше миттєве значення додатньої напівхвилі, чи найменше миттєве значення від’ємної напівхвилі.

Середнє значення сигналу за період (постійна складова сигналу). Якщо сигналом є змінний струм , то його середнє значення обчислюється за формулою

, (5.5)

де - миттєве значення часу, яке відповідає початку спостереження сигналу.

Середньоспрямлене значення сигналу за період

. (5.6)

Середньоквадратичне (або ефективне, або діюче) значення сигналу за період (або за час спостереження)

. (5.7)

Нагадаємо, що дійсне значення змінного струму дорівнює значенню такого постійного струму, який має таку ж теплову дію на провідник, як і змінний струм. Неважко показати, що для синусоїдального струму , де - максимальне значення струму, - кутова частота, , а , тому .

В залежності від виду перетворювача розрізняють прилади з:

– випрямляючими перетворювачами,

– термоелектричними перетворювачами,

– електронними перетворювачами.