Запитання

1. Які особливості будови самописних вимірювальних приладів?

2. Який принцип роботи світлопроменевого електромеханічного осцилографа?

3. Поясніть принцип роботи електронно-променевого осци-лографа на основі його структурної схеми.

4. Які відбувається реєстрація аналогового сигналу в осцилографі?

5. Які основні параметри аналогового сигналу можна виміряти осцилографом?

6. Назвати основні технічні характеристики електричного осцилографа.

7. Назвати основні метрологічні характеристики електричного осцилографа.

8. Назвати спосіб збільшення вимірювання за напругою електричного осцилографа.

Лекція 4. Електро механічні прилади

План

4. 1. Загальні відомості і класифікація аналогових електровимірювальних приладів

   2. Вибір електровимірювального аналогового приладу

   3. Умовні позначення, які наносять на аналоговий електровимірювальний прилад

   4. Електровимірювальні аналогові прилади магнітоелектричної системи, які використовуються в радіоелектронній апаратурі

   5. Захист електровимірювальних приладів від короткочасних перевантажень

   6. Шунти

   7. Додаткові резистори

4. 1. Загальні відомості і класифікаціяаналогових електровимірювальних приладів

У процесі розробки, виробництва і експлуатації засобів вимірювальної техніки (ЗВТ) та її окремих елементів необхідно вимірювати ряд електричних величин за допомогою різних електровимірювальних приладів. Електровимірювальні прилади також застосовують у радіовимірювальній і радіоелектронній апаратурі як вимірювачі вихідних параметрів електронних приладів, режимів їхньої роботи і індикаторів різного призначення.

Найбільш розповсюдженими видами електричних вимірювань являються вимірювання струму і напруги. Для цього застосовують прилади різних типів, які задовольняють умови і вимоги конкретної вимірювальної задачі.

Технічні показники електровимірювальних приладів і їхня класифікація, а також умовні позначки, що наносяться на шкалах і панелях приладів, стандартизовані і визначаються відповідною технічною документацією [1, 12].

Електровимірювальні прилади відповідно до методів вимірювання поділяються на прилади безпосередньої оцінки і прилади порівняння, що за системою відліку показів поділяють на прилади з безпосередньо безупинним відліком (наприклад, стрілочні прилади) і прилади з дискретним відліком (цифрові). Прилади безпосередньої оцінки застосовують частіше, тому що вони більш прості, вимагають небагато часу для вимірювання і дешевші.

У стрілочних вимірювальних приладах відбувається перетворення електромагнітної енергії, яка підводиться до приладу, у механічну енергію переміщення рухомої частини приладу. За способом цього перетворення, а також за конструктивними особливостями прилади поділяють на магнітоелектричні, електромагнітні, електродинамічні, феродинамічні, електростатичні та ін.

За перетвореннями, які здійснюються приладами в їхній схемі перед безпосереднім вимірюванням, вони поділяються на випрямні (детекторні), термоелектричні та ін. Умовне позначення системи, а також інші характеристики вимірювального приладу наносяться на його шкалі.

Електровимірювальні прилади характеризуються загальними технічними показниками. Для порівняння електровимірювальних приладів різних систем необхідно розглянути показники, що характеризують клас точності і чутливість приладу.

Для електровимірювальних приладів встановлено дев'ять класів точності: 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4 [1, 12].

Комбінований вимірювальний прилад може мати різні класи точності для різних вимірювальних величин. Прилад, призначений для вимірювання однієї і тієї ж величини, може мати різні класи точності для різних меж вимірювання (різних кінцевих значень шкали).

Здатність приладу реагувати на зміну вимірювальної величини характеризує його чутливість і оцінюється відношенням зміни положення покажчика, на шкалі приладу до зміни вимірювальної величини, що викликали це переміщення, тобто:

(4.1)

де S_X – чутливість приладу в даній точці шкали.

Чутливість електровимірювального приладу має розмірність, що залежить від характеру вимірювальної величини. Наприклад, чутливість приладу до струму можна виразити розмірністю: поділ/А чи град/А, а чутливість до напруги - розмірністю поділ/В чи град/В. Якщо шкала приладу рівномірна, то у всіх точках шкали однаковим змінам вимірювальної величини відповідають однакові кутові чи лінійні переміщення покажчика, тобто чутливість приладу постійна.

Величину C=1/S_x називають постійною приладу, котра має розмірність, зворотню розмірності чутливості. Числове значення вимірю­вальної величини дорівнює добутку числа поділок визначених за шкалою на постійну приладу.

Визначимо чутливість за напругою і постійну комбінованого електровимірювального приладу М491. Цей прилад є вольтметром магнітоелектричної системи і має чотири межі вимірювання за напругою: 3, 30, 300, 600В. Шкала приладу рівномірна і має 30 поділок.

Для межі 3В:

S=30/3=10 поділ/В; С=3/30=0,1 В/поділ;

Для межі 30 В:

S=30/30=1 поділ/В; С=1 В/поділ;

Для межі 300 В:

S=30/300=0,1 поділ/В; С=300/30=10 В/поділ;

Для межі 600 В:

S=30/600=0,05 поділ/В;С=600/30=20 В/поділ;

Якщо при вимірювані напруги цим приладом його стрілка відхилиться на 5 поділок, то це складе 0,15=0,5 В на межі 3 В і 205=100 В на межі 600В.

За родом струму електровимірювальні прилади всіх систем поділяють на прилади постійного і змінного струмів. За ступенем захисту від зовнішніх магнітних і електричних полів прилади і їх допоміжні частини поділяють на першу і другу категорії. Для приладів першої категорії допустимі зміни показів складають приблизно 0,5%, а для приладів другої категорії 1% і більше. Умовне позначення на шкалі наноситься тільки для приладів першої категорії.

Табл. 4.1. порівнянні дані прикладів ризних систем

Основне застосування приладу та їх властивості		Ви сокоточні лабораторні прилади (класів 0,1; 0,2; 0,5) Щитові прилади класів 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 4,0
Недоліки приладу		Придатні тільки для постійного струму. Чутливий до перенавантажень. Велика вартість, обумовлена відносною складністю конструкції і виготовлення
Переваги приладу		Найбільш висока чутливість і точність. У наявності є прилади класів 0,05; 0,1; 0,2. У наявності є прилади зі струмом повного відключення 0,01 мкА. Рівномірна шкала. Мале споживання енергії. Малий вплив температури. Відносно невеликий вплив зовнішніх полів
Система приладу		Магнітоелектрична
Основне застосування приладу та їх властивості		Переносні прилади к ласів 0,1; 0,2 і 0,5 для вимірювання струму, напруги і потужності в колах по стійного і змінного струмів
Недоліки приладу		Залежність показів від зовнішніх магнітних полів. Велике споживання енергії нерівномірність шкали при вимірюваннях струму і напруги. Велика вартість
Переваги приладу		Висока точність (класи 0,1; 0,2 і 0,5) і хороша чутливість. Придатність для постійного і змінного струмів. При вимірюванні змінної напруги покази приладів відповідають середньоквадратичному значенню
Система приладу		Електродинамічна
	Основн застосування приладу та їх властивості		Лабораторні прилади (класів 0,25; 0,5). Щитові прилади класів 0,5;1,0;1,5 та ін.
	Недоліки приладу		Невисока точність і чутливість. Нерівномірна ( квадратична) шкала: стиснута спочатку і розтягнута в кінці. Велике власне С споживання нергії. З залежність від показів від зовнішніх магнітних полів
	Переваги приладу		Простота конструкції (через це дешевший ніж прилади інших систем). Придатність для постійного і змінного струмів. Покази приладів при вимірюваннях на змінному струмі рівні середньоквадратичному значенню вимірювальної величини і не залежать від форми кривої вимірювальних струмів або напруг, якщо їх спектр не виходить за рамки діапазону робочих частот приладу. Витримує великі перенавантаження. Надійний в експлуатації
	Система приладу		Електромагнітна
	Основне застосування приладу та їх властивості		Для вимірювання напруги. Прилади класів 1,0; 1,5; і 2,5. Діапазон вимірювань від одиниць вольта до десятків і сотень кіловольт
	Недоліки приладу		Нерівномірна шкала. У ряді випадків вона може бути виконана рівномірно приблизно на 80% довжини. Відносно мала чутливість
	Переваги приладу		Придатність для постійного і змінного струмів. При вимірюванні змінної напруги покази приладів відповідають середньоквадратичному значенню. Незалежність показів від форми кривої вимірювальної напруги, зовнішніх магнітних полів і температури навколишнього середовища. Дуже мале власне споживання енергії. Широкий частотний спектр (до декількох мегагерц)
	Система приладу		Електростатична
Основне застосування приладу та їх властивості		Вимірювання змінних напруг і струмів в широкому діапазоні частот декількох десятків мегагерц). Прилади класів 1,5...4,0. Термовольтметри класів 1,0; 1,5
Недоліки приладу		Нерівномірна шкала. Мала чутливість. Значне власне споживання енергії. Дуже чутливі до перенавантажень. Обмежений термін дії.
Переваги приладу		Придатність для постійного і змінного струмів. Покази приладів пропорційні середньоквадратичному значенню вимірювального струму. Малий вплив частоти і форми кривої вимірювальної величини, а також зовнішніх магнітних полів на покази приладів. Широкий діапазон вимірювальних величин (від одиниць міліампер до декількох сотень ампер)
Система приладу		Термоелектрична

За стійкістю до кліматичних впливів електровимірювальні прилади і їхні допоміжні частини розділяють на наступні групи:

А – прилади для роботи в сухих опалювальних приміщеннях при температурі 1035°С і відносній вологості повітря до 80% (при температурі 30°С);

Б (Б₁, Б₂, Б₃) – прилади для роботи в закритих неопалювальних приміщеннях при температурі -30 +50°С і відносній вологості повітря до 95% (при 35°С);

В (B₁, B₂, В₃) – прилади для роботи в польових і морських умовах при температурі –5080°С і відносній вологості повітря до 98% (при 40°С).

Прилади для роботи в умовах тропічного клімату мають у позначенні типу букву Т.

За стійкістю до механічних впливів при експлуатації прилади поділяють на звичайні, звичайні з підвищеною механічною міцністю, струсоміцні, віброміцні, удароміцні і вібростійкі (нечуттєві до вібрації).

Слід зазначити, що той самий прилад можна виконати одночасно в декількох варіантах за стійкістю до механічних впливів.

За захищеністю від впливу навколишнього середовища прилади поділяють на звичайні, бризкозахищені, водозахищені, герметичні, пилозахищені, газозахищені, захищені від агресивного середовища, вибухозахищені, захищені від впливу випромінювання.

За габаритними розмірами розрізняють прилади мініатюрні (до 50 мм), малогабаритні (від 50 до 100 мм), середні (від 100 до 200 мм) і великі (понад 200 мм).