7.Краткие сведения о классификации средств измерения электрических величин.

Средство измерения(СИ)- техническое устройство, используемое при измерениях и имеющее нормированные метрологические характеристики НМХ – т.е. характеристики, определяемые нормативно-технической документацией. К СИ можно отнести меры, системы, установки, измерительные преобразователи и приборы, высококачественные блоки питания и т.д.

Рисунок- 1 Эволюция корпусов

Измерительные приборы(ИП) можно разделить по способу представления результатов измерения на аналоговые и цифровые, показывающие и регистрирующие; по методу измерений на приборы непосредственной оценки и приборы сравнения; по способу применения и по конструктивному исполнению на щитовые, переносные и стационарные; по точности измерений на измерительные с нормируемыми метрологическими характеристикам и индикаторы (указатели);по способу защиты прибора от внешних воздействий на обыкновенные, с повышенной точностью, тепло -, холодо- и влагоустойчивые, брызго-, газо,-, пылезащитные, герметичные, взрывобезопасные, тряско-, вибро- и ударопрочные; по способу создания противодействующего момента - на приборы с механическим или магнитным противодействием и приборы с противодействующим моментом на основе взаимодействия электромагнитных сил (логометры). По конструкции опор подвижной части - приборы с подвижной частью на кернах и подпятниках, на растяжках и подвесах; по габаритным размерам - на миниатюрные (до 5 мм по наличнику), малогабаритные (50-100мм), средние (100-200мм) и большие (свыше 200мм) (рис.2). Эволюция и микроминиатюризация габаритных размеров, корпусов МЭ приборов показана на рисунке 2.

По роду тока на приборы постоянного, переменного и постоянно-переменного тока; по принципу действия с учетом конструкции СИ на приборы с подвижными частями и без подвижных частей (электронные, оптоэлектронные); по степени защищенности прибора от внешних магнитных и электрических полей; по виду используемой энергии, положенной в основу работы прибора. Приборы можно разделить на следующие укрупненные классификационные группы: электромеханические, электротепловые, электрокинетические и электрохимические. Принцип действия электромеханических приборов основан на взаимодействии электрических токов, магнитных потоков, заряженных проводников, сердечников и их комбинаций. В электротепловых приборах используются зависимости от теплового расширения тел под воздействием электрического тока - удлинение проводника, изгиб биметаллической пластины и др.

Работа электрохимических приборов основана на разложении электролита под воздействием измеряемого тока и появлении ЭДС на электродах, помещенных в электролит. Допускается в приборах комбинация вышеприведенных принципов действия.

В повседневной практике мы используем классификацию приборов по роду измеряемой величины: вольтметры, амперметры, вебберметры, флюксметры, варметры, частотомеры, фарадометры и др.

8.Аналоговые измерительные приборы. Общие детали устройства. Условные обозначения принципа действия прибора.

Каждый показывающий измерительный прибор состоит из измерительного механизма со шкалой, успокоителя, элементов измерительной схемы и кожуха.

Ряд деталей является общим для большинства приборов. К таким деталям можно отнести кожух, шкалу, указательную стрелку, успокоитель, оси, подпятники, приспособление для создания противодействующего момента, корректор.

Кожух. Кожух прибора защищает внутренне устройство прибора от механических воздействий, повреждений и попадания пыли. Кожухи приборов изготовляются из железа, алюминия и его сплавов, меди, дерева, пластмассы и стекла. В зависимости от формы кожуха измерительные приборы делятся на круглые и прямоугольные. В зависимости от конструкции кожуха различают выступающие и утопленные приборы. Круглая форма кожуха является наиболее простой и наиболее распространённой. Площадь щита, занимаемая прибором, значительно лучше используется при прямоугольной форме прибора. Выступающие приборы целиком располагаются над поверхностью щита.

Приборы утопленного типа заделываются в панели распределительных щитов пультов и большей своей частью располагаются за панелями. Это создает единообразие, большую наглядность и удобство наблюдения за приборами. Установка приборов утопленного типа обходится значительно дороже установки выступающих приборов.

Шкала. Шкалой прибора называется поверхность с нанесёнными на неё отметками, параллельно которым перемещается конец указательной стрелки прибора. Отметки обозначают цифрами, указывающими число делений от начала шкалы или непосредственно значение измеряемой величины. Согласно ГОСТ расстояние между двумя смежными отметками шкалы должно быть: для приборов классов 0,1; 0,2 и 0,5 не меньше 0,6 и не больше 15 мм.

Шкалы приборов изготавливаются из листовой латуни, цинка, стали, изоляционных материалов, оклеиваются бумагой, на которой и наносятся деления шкалы. Изготовляются такие безбумажные шкалы, выполняемые разным образом. Например, гравировкой по металлу с последующим заполнением углублений краской или покрытием металлической или изоляционной поверхности шкалы белой нитрокраской с последующим нанесением отметок тушью.

Приборы классов 0,1; 0,2 и 0,5 снабжаются зеркальной шкалой (рисунок 3). В этом случае в шкале вырезается дугообразная полоса шириной около 0,5см, а с нижней стороны укрепляется зеркало, в котором отражается стрелка.

Рисунок- 2 Зеркальная шкала и ножевидная стрелка

Отсчет производится при том положении глаза, при котором стрелка закрывает своё изображение в зеркале.

Шкалы приборов бывают равномерными, или пропорциональными (рисунок 4), и неравномерными, (рисунок 5). Равномерной шкалой называется такая шкала, у которой расстояния между двумя смежными отметками равны между собой. Обычно стремятся получить шкалу прибора по возможности равномерной.

Рисунок 3 Равномерная шкала Рисунок 4 Неравномерная шкала

Указательная стрелка. Указательная стрелка прибора изготовляется обычно из алюминия или его сплавов Она должна быть лёгкой и прочной. Конец стрелки у большинства приборов классов 0,1; 0,2 и 0,5 имеет вид ножа - ножевидная стрелка (рисунок 6). У приборов остальных классов наиболее часто применяются копьевидные стрелки (рисунок 7).

Рисунок-7 Копьевидная стрелка

Рисунок -6 Ножевидная стрелка

Приборы высокой чувствительности иногда снабжаются «теневой стрелкой» или внутренним световым указателем. На рисунке 8 дана схема такого устройства. Световой луч от лампы а, пройдя оптическую систему б и диафрагму в, после отражения в зеркале г подвижной части прибора попадает на шкалу д, давая на ней изображение светового пятна, на фоне которого резко вырисовывается тень копьевидной стрелки, укреплённой в отверстии диафрагмы. Поворот подвижной части вызывает соответствующее перемещение по шкале «теневой стрелки» .Всё оптическое устройство помещается в корпусе прибора. В некоторых приборах применяется многократное отражение луча, что равносильно удлинению стрелки до 1 - 1,5 м.

.

Рисунок- 8 Устройство внутреннего светового указателя

Успокоитель. Все измерительные приборы снабжаются приспособлениями для успокоения колебаний подвижной части. Применяются воздушные или магнитоиндукционные успокоители (рисунок 9 и 10)

Воздушный успокоитель (рисунок 9а) состоит из закрытой камеры, внутри которой может перемещаться лёгкое крыло, связанное с подвижной частью прибора. При вращении подвижной части в камере по одну сторону крыла получается сжатие, по другую - разрежение воздуха. Разность давлений, направленная против движения крыла, пропорциональная скорости движения, оказывает тормозящее (успокаивающее) действие на колебание подвижной части прибора.

Несколько иная (поршневая) конструкция воздушного успокоителя дана на рисунке 9б

Магнитоиндукционный успокоитель (рисунок 10) состоит из алюминиевого листочка а, закреплённого на оси прибора б и могущего перемещаться в магнитном поле постоянного магнита. При движении подвижной части в листочке будут индуктироваться вихревые токи. От взаимодействия этих токов с полем магнита (по закону Ленца) будет создаваться тормозящее усилие, успокаивающее колебание подвижной части прибора.

Рисунок- 9 Воздушный успокоитель

Рисунок-10 Магнитоиндукционный успокоитель

Оси и подпятники. Почти у всех электроизмерительных приборов измеряемая величина вызывает поворот подвижной части. Ось, на которой укрепляется подвижная часть, представляет собой металлическую проволоку диаметром 1-2 мм.

Рисунок- 11 Оси измерительного механизма

Она оканчивается коническими остриями, которыми и укрепляется в подпятниках (рисунок - 11). Подпятники у более точных приборов изготовляются из камня (рубин, сапфир, корунд, агат), у менее точных - из твёрдой стали или фосфористой бронзы. Для уменьшения трения острия и подпятники хорошо полируются.

Подпятник (рисунок-12) укрепляется в упорном винте, который удерживается от вращения установочным стопорным винтом.

Устройства для получения противодействующего момента. Противодействующий момент в электроизмерительных приборах создаётся пружинами, растяжками

или электромагнитными силами.

Рисунок-12 Ось и подпятник прибора

На рисунке 13показана наиболее распространённая форма спиральной пружины. Удельный противодействующий момент такой пружины

где Е - модуль упругости материала; l - длина развёрнутой пружины; b - ширина ленты

пружины; h - толщина ленты пружины

Пружины изготовляются из оловянно-цинковой бронзы или из фосфористой бронзы. Пружины должны обладать постоянством Рисунок-13. Спиральная пружина

упругих свойств.

Растяжки, на которых крепится подвижная часть прибора (рисунок 14), г— изготовляются из тех же материалов, что и пружины. Они имеют круглое или прямоугольное сечение. Растяжки применяются в приборах, в которых противодействующий момент относительно мал. В настоящее время выпускаются измерительные приборы магнитоэлектрической и электромагнитной систем на растяжках. Применение растяжек упрощает конструкцию прибора, в несколько раз уменьшает вес подвижной части, снижает мощность потерь и повышает коэффициент добротности. Подвижная часть измерительного механизма, противодействующий момент которого создаётся электромагнитными силами, имеет два рабочих элемента, укреплённых на одной оси (рисунок- 15 ).

Рис.14 Крепление подвижной части измерительного механизма на растяжках.

Моменты сил, действующих на рабочие элементы, направлены противоположно друг другу, т.е. если один из них является вращающим, то другой - противодействующим. Каждый из моментов зависит от тока. Подвижная часть такого измерительного механизма устанавливается в положение, при котором моменты уравновешивают друг друга. Угол отклонения подвижной части измерительного механизма будет зависеть от отношения токов в элементах (рамках).Такие измерительные механизмы, называемые логометрами, получили широкое применение.

.

Корректор (не показан) - приспособление, позволяющее устанавливать указательную стрелку (подвижную часть) прибора в нулевое положение. Корректор состоит из головки, выходящей наружу кожуха, при помощи которой можно несколько перемещать точку закрепления одной из спиральных пружин прибора и тем самым производить необходимую установку.

Арретир (не показан) — приспособление, позволяющее закреплять подвижную часть прибора в определённом положении, благодаря чему уменьшается возможность повреждения прибора при переноске и перевозке. В таблице-1 даны условные обозначения принципов действия аналоговых приборов, которые наносят на шкалу (циферблат) прибора.

Рисунок 15.Вращающий и противодействующий, моменты электромагнитных сил.

Таблица-1

Тип прибора	Условное обозначение принципа действия прибора
	с механическим противодей­ствующим моментом	без механи­ческого проти­водействующего момента (логометры)
Магнитоэлектрический с подвижной рамкой
Магнитоэлектрический с подвижным магнитом
Электромагнитный
Электродинамический
Ферро динамический
Индукционный
Электростатический
Вибрационный (язычковый)