книги из ГПНТБ / Савенко, В. Г. Измерительная техника учеб. пособие

Противодействующий момент создается упругими эле­ ментами; с их помощью создаются также усилия между отдельными деталями измерительного устройства. Эти эле­

ленный к нему конец спиральной противодействующей пру­ жины 3. Последняя поворачивает ось 4 вместе с укреплен­ ной на ней стрелкой.

Успокоители служат для уменьшения времени движения подвижной части прибора перед достижением ею устано­ вившегося положения. Время переходного процесса умень­ шается обычно с помощью воздушного или магнитоиндук­ ционного успокоителя (демпфера). Воздушные успокоите­ ли изготовляют крыльчатого (рис. 1.35, а) или поршневого (рис. 1.35,6) типов. На оси подвижной части жестко укреп­ ляется алюминиевое крылышко или поршенек, которые мо­ гут свободно перемещаться внутри закрытой камеры. При перемещении возникает сопротивление воздуха, быстро

50

успокаивающее колебания подвижной части. Магнитоин­ дукционные успокоители состоят из постоянного магнита и элемента в виде алюминиевого сектора (диска, пласти­ ны, цилиндра), жестко связанного с осью подвижной час­ ти. Например (рис. 1.35, в), в зазоре постоянного магнита

і

Рис. 1.35. Типы успокоителей:

а — крыльчатый; б — поршневой; в — магнитоиндукционный

1 перемещается тонкий алюминиевый сектор 2, в котором при пересечении магнитного потока индуктируются токи; взаимодействие последних с полем постоянного магнита создает тормозящий успокаивающий момент.

Характеристика показывающих приборов

При выборе и эксплуатации измерительного прибора важны параметры, характеризующие качество и возмож­ ности этого прибора. К эксплуатационным параметрам от­

носятся чувствительность, точность, вариация показаний, время успокоения, собственное потребление мощности, из­ мерительное усилие. Кроме того, различают понятия поро­ га чувствительности, вариации показаний и т. д.

Чувствительность характеризует способность прибора реагировать на изменение измеряемой величины и оцени­ вается отношением изменения положения указателя отно­ сительно шкалы к изменению измеряемой величины, вызы­ вавшему это перемещение.

В общем случае, когда шкала неравномерная, чувстви­

S x = — = const.

*Ах

Величина, обратная чувствительности прибора, называ­ ется п о с т о я н н о й п р и б о р а :

Сх = ± = * і .

Чувствительность прибора, построенного по структур­ ной схеме рис. 1.22, зависит от чувствительностей измери­ тельного преобразователя и измерительного механизма

разователя.

Чувствительность электроизмерительных приборов име­ ет размерность, зависящую от характера измеряемой вели­ чины (чувствительность к току, напряжению и т. д.). При­ боры, предназначенные для измерения длин и углов, мо­

52

гут иметь безразмерную чувствительность. Такое безраз­ мерное число называют передаточным отношением.

Порог чувствительности измерительного прибора это та­ кое изменение измеряемой величины, которое вызывает’ наименьшее изменение его показаний, обнаруживаемое при способе отсчета, нормальном для данного прибора.

Вариация или различие показаний измерительного при­ бора при измерении одной и той же величины и неизмен­ ных внешних условиях может проявляться от наличия тре­ ния в опорах, люфта кернов в подпятниках, механического гистерезиса пружинок, магнитного гистерезиса деталей из­ мерительного механизма.

Время установления показаний прибора или время ус­ покоения характеризует возможную продуктивность рабо­ ты прибора, так как из-за инерционности подвижной части после включения прибора приходится некоторое время вы­ жидать, пока указатель не перестанет колебаться. Жела­ тельно, чтобы время этого переходного процесса было ми­ нимальным. Практически время успокоения определяется как промежуток времени, исчисляемый от момента измене­ ния измеряемой величины до момента, когда амплитуда колебаний указателя становится не больше, чем погреш­ ность прибора. Согласно ГОСТ 1845—59, время успокое­ ния для большинства приборов не должно превышать

4 сек.

Потребление мощности измерительным прибором явля­ ется одной из характеристик электроизмерительных прибо­ ров, так как этот класс приборов сам потребляет некото­ рую мощность от исследуемой электрической цепи. При измерениях в маломощных цепях потребляемая прибором мощность может изменить режим работы цепи, а это приведет к погрешностям измерения. Потребляемая изме­ рительным прибором мощность зависит от системы и кон­ струкции прибора.

Измерительное усилие характеризует механическое вза­ имодействие между измеряемым объектом и измеритель­ ным прибором. Оно характеризуется тем усилием, кото­ рое испытывает измеряемый объект в месте контакта с из­ мерительным наконечником. Обычно это понятие связано с приборами, измеряющими механические величины. Из­ мерительные усилия оказывают влияние на погрешности измерения. Характеристики точности приборов включают в себя понятия о погрешностях и классах точности при­ боров.

53

§1.4. ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СХЕМ

ИАППАРАТУРЫ

При производстве измерений используются различные источники электрической энергии постоянного и перемен­

ного токов.

Источники постоянного тока необходимы для питания цепей измерительной аппаратуры и измерительных схем. В качестве таких источников используются выпрямители, преобразующие энергию переменного тока электрической сети в энергию постоянного с требуемыми значениями нап­ ряжений. Применяются также химические, термоэлектри­ ческие, фотоэлектрические и атомные источники тока.

Источники переменного тока применяются как для питания измерительных схем и аппаратуры, так и для соз­ дания специальных испытательных сигналов, используемых при снятии характеристик, регулировке и настройке раз­ личных радиоустройств. Источниками переменного тока (напряжения, мощности) служат электрическая сеть про­ мышленной частоты и специальные генераторы, называе­ мые измерительными (ИГ). Они отличаются от обычных тем, что обеспечивают возможность более точной установ­ ки, регулировки и контроля параметров (частоты, формы и значения напряжения, мощности) выходных сигналов в широком диапазоне частот. С помощью ИГ имитируют различные сигналы, необходимые для исследования аппа­ ратуры в условиях, близких к рабочим, проводят измере­ ние параметров исследуемых сигналов методом сравнения, производят градуировку измерительных приборов и т. и.

В зависимости от формы кривой генерируемых напря­ жений ИГ подразделяются на генераторы синусоидальных колебаний, шумовых сигналов, импульсов, сигналов специ­ альной формы. Генераторы синусоидальных колебаний делятся на генераторы сигналов и стандартных сигналов. Последние имеют более высокие технические характерис­ тики и позволяют получить очень малые значения калибро­ ванных напряжений. К генераторам синосоидальных коле­ баний относятся также генераторы качающейся частоты (свипгенераторы).

По диапазону генерируемых частот ИГ делятся на ге­ нераторы инфранизких, низких, высоких, ультравысоких, сверхвысоких и оптического диапазона частот. Такое деле­ ние определяется конструктивными особенностями колеба­ тельных цепей и электронных приборов, используемых в

54

каждом диапазоне частот. Диапазон генерируемых частот характеризуется коэффициентом перекрытия, равным отно­ шению максимальной генерируемой частоты к минималь­

1000 и 20 000 ом).

Классификация ИГ, применяемые обозначения, перечень присущих им характеристик (параметров) и допустимые пределы их изменения определяются соответствующими' ГОСТами [5J.

Источники постоянного тока

В зависимости от условий эксплуатации к источникам постоянного тока предъявляются различные технические требования. Основными из них являются: достаточная вы-

Рис. 1.36. Структурная схема источника питания

ходная мощность; возможность получения необходимых значений напряжения (тока); малая погрешность установ­ ки выходного напряжения (тока); высокая стабильность выходного напряжения (тока) и его минимальная пульса­ ция; большой срок службы, высокий к. п. д. и т. д. Большин­ ству этих требований удовлетворяют источники питания с выпрямлением переменного тока (чаще всего от сети) в постоянный. Они состоят из совокупности выпрямителей, фильтров и устройств стабилизации выходного напряже­ ния (рис. 1.36). От источников питания с выпрямителями можно получить требуемую мощность при к. п. д. до 70%, на­ пряжение от единиц вольт до десятков киловольт, нестабиль­ ность и вых от 0,5 до 0,01%, пульсации от 3 до 0,03%. Такие блоки питания размещаются внутри измерительного прибо­ ра или изготавливаются в виде отдельных устройств специ­ ального или универсального назначения.

55

В качестве автономных источников питания использу­ ются гальванические или атомные элементы и составлен­ ные из них батареи. В ряде случаев при определенных ус­ ловиях используются аккумуляторы, фотоэлектрические или термоэлектрические генераторы, а также преобразова­ тели низкого постоянного напряжения в высокое.

Источники переменного тока— измерительные генераторы

Генераторы инфранизких частот используются при ис­ следовании и настройке различной электронной и электро­ акустической аппаратуры, аналоговых вычислительных

Рис. 1.37. Структурная схема генератора инфранизких ча­ стот

машин сервомоторов, узлов и систем автоматического регу­ лирования и других устройств, работающих в диапазоне частот от 0,01 гц. Первоначально такие ИГ выпускались с

Такие ИГ имеют сложное устройство, включающее в себя генераторы на биениях и самостоятельные инфранизкочастотные и низкочастотные каналы, работающие на общий выход [5]. Основным узлом ИГ инфранизких частот (рис. 1.37) является задающий генератор, представляющий собой схему электронной модели колебательного процес­ са без затухания.

Генераторы низких частот являются источниками испы­ тательных сигналов при снятии различных характеристик и определении нелинейности радиоустройств. Они исполь­

56

зуются при градуировке электронных вольтметров, изме­ рении частоты, фазы для питания различных схем пере­ менным напряжением и при других измерениях. Низкочас­ тотные ИГ имеют диапазон звуковых частот (20-ь20 000гц ), При более широком диапазоне — до сотен кгц ИГ называ­ ют генератором звуковых и ультразвуковых частот, а до 10 Мгц — генератором видеочастот. Структурная схема ос­ новных узлов звукового генератора такая же, как и у ге­ нератора инфранизких частот (см. рис. 1.37), однако-каж­ дый узел ее имеет свои особенности. В зависимости от схемы генерирующего устройства ИГ низких частот под­ разделяются на LC-генераторы, ДС-генераторы и генера­ торы на биениях. В генераторах LC частота f генерируемо­ го напряжения определяется индуктивностями L и емко­ стями С колебательных контуров

(при больших доброт­ ностях Q).

Для получения низких частот требуются большие зна­ чения LC, поэтому такие генераторы с большим перекры­ тием громоздки. Однако контуры LC используются в ИГ, выполненных на одну или несколько фиксированных частот, или в генераторах, работающих по принципу биений.

Генераторы типа RC отличаются от генераторов LC методом генерирования колебаний. Частота колебаний

2 п RC

Генераторы типа RC легко позволяют получить коле­ бания очень низких частот увеличением R, что не приводит к увеличению габаритов. Структурная схема измерительно­ го RC генератора показана на рис. 1.38. Задающий генера­ тор RC с плавным изменением частоты представляет собой двухкаскадный усилитель на резисторах с положитель­ ной обратной связью, работающий в режиме самовозбуж­ дения (рис. 1.39). Мощность этих колебаний усиливается. Выходное напряжение усилителя плавно регулируется от куля до максимума при помощи потенциометра и контро­ лируется электронным вольтметром. Выходное устройство служит для согласования выходного сопротивления генера­ тора с сопротивлением нагрузки и установки необходимого выходного напряжения. RC генераторы широко распро­ странены, так как они просты и имеют хорошие метроло-

57

гические качества. Так же распространены и генераторы на биениях. Задающий генератор (рис. 1.40) в этом случае содержит два высокочастотных генератора, которые гене­ рируют соответственно колебания с фиксированной часто-

мы и конструкции име­ ют плавную перестройку частоты в широких пределах, YioстоянсТво выходной мощности при изменении частоты.

Генераторы высоких и ультравысоких частот предназ­ начены для настройки и испытания радиоприемных уст­ ройств, усилителей, телевизионной аппаратуры, антенн, ка­ белей питания измерительных схем и установок. Они явля­

58

ются источниками незатухающих или модулированных колебаний с известной частотой и амплитудой сигнала и различаются по диапазону генерируемых частот: ИГ вы-

Рис. 1.40. Структурная схема задающего генератора на биениях

Рис. 1.41. Структурная схема измерительного генератора высокой частоты

сокой частоты — от 50-г-100 кгц до 25-f-30 Мгц; ИГ ультра­ высокой частоты — от 20 до 3000 Мгц. Структурная схема ИГ высокой частоты изображена на рис. 1.41.

59