Измерительные приборы. Аналоговые приборы

Эти приборы отличаются относительной простотой и высокой надежностью. По конструктивному исполнению приборы делятся на электромеханические и электронные.

Электромеханический прибор состоит из измерительного механизма и измерительной цепи. Первый предназначен для преобразования электрического сигнала в механическое перемещение стрелки прибора. В основе работы измерительных механизмов электромеханических приборов лежит закон электродинамики, т.е. взаимодействие проводника с током и магнитного поля или электромагнитных полей. Измерительная часть преобразует измеряемую электрическую величину в электрический сигнал, который поступает на измерительный механизм. По принципу действия и конструкции электромеханические приборы делятся:

на магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, индукционные, тепловые, выпрямительные, термоэлектрические. Наибольшее распространение получили первые три системы. На рисунке дана схема магнитоэлектрического прибора:

1 - катушка измерительная; 2-постоянный магнит; 3 - стрелка; 4 - шкала;

5 - ось; 6 -противодействующая пружина. При измерении ток I поступает в катушку. На оси возникает момент М пропорциональный току и магнитному потоку: М = с ФI ; т.к. Ф-const, то М=КI. Противодействующий момент пружины растет в функции угла поворота оси. Следовательно, угол поворота стрелки зависит от тока в катушке = I.

Магнитоэлектрические приборы относятся к наиболее точным и чувствительным, но они измеряют только постоянный ток. При измерениях в цепях переменного тока их включают через выпрямительное устройство.

Наиболее широко в промышленности представлены электромагнитные приборы.

О сновные детали: I - катушка; 2 - стальной

лепесток (сердечник); 3 - стрелка и шкала; 4 - пружина; 5 -ось.

При протекании тока в катушке создается магнитное поле, которое притягивает эксцентрично сидящий на оси сердечник, который поворачивает измерительную стрелку. Угол поворота зависит от силы тока I. Шкала неравномерная. Достоинства: простота конструкции, надежность, применяют в цепях постоянного и переменного тока. Основные недостатки: малая точность и чувствительность. Приборы электродинамического принципа действия включают две взаимодействующие катушки, одна из которых неподвижна, а вторая находится на оси. На их базе строятся амперметры, вольтметры, ваттметры. В последних одна обмотка включается в токовую цепь, а на вторую подается напряжение. Приборы могут включаться в цепи постоянного и переменного тока. Электродинамические приборы изготавливаются в основном переносного типа, обладают высокой точностью измерения. Их недостатком является значительная чувствительность к тряскам, толчкам, вибрациям. На каждом приборе указана величина и параметры измерения, система, род тока, положение прибора, класс точности. В таблице даны основные условные обозначения приборов.

Для расширения диапазона измерения тока в цепях постоянного тока используют шунты, переменного - трансформаторы тока.

Промышленность выпускает шунты на различные величины номинальных токов от единиц ампер до десятков килоампер. Номинальному току соответствует падение напряжения на шунте 75 mV. Сам прибор является низковольтным вольтметром на базе магнитоэлектрической системы с пределом измерения 75mV. Для удобства считывания показаний шкала градуируется по номинальному току. Основным требованием к шунту является стабильность его сопротивления R при колебаниях температуры. Для расширения диапазона измерения напряжения в цепях постоянного тока служат добавочные сопротивления Rgi; Rg2 ; Rg3. С увеличением сопротивления растет предел измерения напряжения. Выбор добавочного сопротивления определяется из уравнения: , где: U_v - напряжение вольтметра; U - измеряемое напряжение; R_v -сопротивление вольтметра. Добавочное сопротивление к вольтметру равно:

Rg = R ( ).

В цепях переменного тока используют трансформаторы напряжения. Для измерения маломощных сигналов применяют электронные приборы. В отличие от электромеханических электронные приборы имеют усилитель, на вход которого подается измеряемая величина, а с выхода усиленный сигнал подается на измерительный электромеханический прибор. Наличие усилителя позволяет проводить измерения в маломощных цепях. В качестве измерительного прибора установлен магнитоэлектрический вольтметр. Приборы позволяют проводить измерения напряжения и тока в цепях постоянного и переменного тока в широком диапазоне. С этой целью на них устанавливают переключатели пределов измерения. К электронным приборам относятся и электронные осциллографы. Они предназначены для воспроизведения на экране лучевой трубки периодических и импульсных изменяющихся сигналов. Эти процессы можно не только наблюдать, но и фотографировать, производить измерения различных электрических величин и многие другие исследования. Электронные приборы находят широкое применение при измерениях в электронных схемах, в схемах теле и радиоуправления.