Структура электроизмерительных приборов различного типа

Электронный вольтметр постоянного тока:

Входное Усилитель Измерительный

устройство постоянного тока механизм

Электронный вольтметр переменного тока :

Входное Детектор Усилитель Измерительный

устройство постоянного тока механизм

Цифровой измерительный прибор:

Входной Аналогово-цифровой Цифровое отсчетное

аналоговый преобразователь преобразователь АЦП устройство

Логическая схема работы АЦП:

111

111 110

110 101

100 101 100

010 011

011 010

001

001 000

Аналогово- цифровой преобразователь последовательного приближения:

Устройство сравнения Цифро-аналоговый преобразователь

Генератор тактовых импульсов Устройство управления с регистрами

последовательного приближения РПП

По роду измеряемой величины электроизмерительные приборы делят на следующие группы : амперметры (для измерения величины тока), вольтметры(для измерения напряжения), омметры (для измерения сопротивления), ваттметры (для измерения мощности), частотомеры (для измерения частоты, фазометры (для измерения сдвига фаз в электрических цепях) и т.д.

По способу представления результатов измерений приборы и устройства можно разделить на показывающие и регистрирующие. По методу измерения средства электроизмерительной техники можно разделить на приборы непосредственной оценки и приборы сравнения (уравновешивания). По способу применения и по конструкции электроизмерительные приборы и устройства делятся на щитовые, переносные и стационарные. По точности измерения приборы делятся на измерительные ( в которых нормируются погрешности); индикаторы, или внеклассные приборы (погрешность измерений больше предусматриваемой соответствующими стандартами), и указатели (погрешность не нормируется) . По принципу действия или физическому явлению можно выделить следующие укрупненные группы: электромеханические, электронные, термоэлектрические и электрохимические. В зависимости от способа защиты схемы прибора от воздействия внешних условий корпуса приборов делятся на обыкновенные, водо-, газо-, и пылезащищенные, герметические, взрывобезопасные.

Измерение электрических величин

Гальванометр – электроизмерительный прибор с неградуированной шкалой, имеющий высокую чувствительность к току или напряжению и предназначенный для измерения весьма малых токов, напряжений, величины заряда. Используя комбинацию гальванометра с различными шунтами и добавочными сопротивлениями, можно изготовить приборы для измерения различных электрических величин (амперметры, вольтметры и т.д.)

Измерение токов

Для непосредственного измерения тока в цепи применяются ампермет­ры, которые включаются в цепь так, чтобы через них проходил весь из­меряемый ток, т.е. последовательно тем участкам цепи, где необходимо измерить ток. Амперметр должен иметь малое сопротивление, чтобы его включение в цепь не могло заметно изменить величину тока в цепи. Существуют четыре схемы включения амперметра в цепь. Первые две (рис. 1а, 1б ) предназначены для измерения постоянного тока, а две вторые схемы ( 1в, 1г) - для измерения переменного тока.

Вторая и четвертая схемы (рис. 1б,1г) применяются в тех случаях, когда номинальные данные амперметра меньше измеряемой величины тока. В этом случае при определении истинного значения тока нужно учитывать коэффициент преобразования:

Для расширения пределов измерения амперметра параллельно ему не­обходимо присоединить проводник, называемый шунтом. Признаком парал­лельного соединения является разветвление тока. В данном случае элек­трический ток I₀, разветвляется на два тока I_Г и I_Ш

(рис. 2), где R_Г – сопротивление гальванометра (исходного амперметра), I_Г – ток, протекающий

через гальванометр (исходный амперметр), R_Ш – сопротивление шунта, I_Ш – ток, протекающий через шунт, I₀– ток, измеряемый амперметром с шунтом («новый» прибор).

Из закона сохранения зарядов следует, что:

(1)

Напряжение при параллельном соединении в ветвях одинаково, поэтому можно записать:

,

откуда следует, что

(2)

При параллельном соединении проводников токи в отдельных проводниках обратно пропорциональны их сопротивлениям, т.е. чем меньше сопро­тивление шунта по сравнению с сопротивлением приборов, тем большая часть измеряемого тока отводится через шунт.

Рис. 2

Коэффициентом шунта называется число, показывающее, во сколько раз предельный ток, измеряемый амперметром с шунтом, больше предельного тока, измеряемого гальванометром (исходным амперметром) без шунта:

(3),

где n - коэффициент шунта.

Рассчитать шунт к гальванометру (исходному амперметру) - значит определить сопротивление шунта по известному сопротивлению гальванометра (исходного амперметра) и коэффициенту шунта.

Разделив обе части равенства (1) на I_Г ,получим:

(4)

Но, так как

и

,

Равенство (4) можно записать так:

.

Отсюда сопротивление шунта равно:

(5).

Таким образом, чтобы измерить амперметром в n раз больший ток, необходимо взять сопротивление шунта в (n -1) меньше сопротивления исходного амперметра.

Зная сопротивление шунта (5), можно рассчитать длину проводника для изготовления шунта по формуле:

(6),

где ρ – удельное сопротивление материала шунта,

l – длина проводника

S = π d ²/4 – площадь поперечного сечения проводника, из которого изготовлен шунт

d – диаметр проволоки

Обычно шунты изготавливают из манганина, имеющего большое удельное сопротивление и малый термический коэффициент сопротивления.