книги из ГПНТБ / Попов В.С. Электрические измерения (с лабораторными работами) учебник

д) Вибрационные гальванометры

Впбрационпый нлп резонансный гальванометр магнито­ электрической системы (рпс. 3-22) имеет неподвижный электромагнит, расположенный на рис. 3-22 горизонтально;

Рис. 3-22. Схема устройства вибрационного гальванометра с подвижным магпитом.

подвижную часть, состоящую из миниатюрного магнита 1 и зеркала, укрепленных на растяжках; постоянный магнит 2, пол_е которого участвует в создании противодействующего момента (вместе с моментом растяжек), и полюсные наконеч­ ники N'S', примыкающие к магнитам 1 и 2.

Поворотом магнита 2 можно изменять магнитную индук­ цию между наконечниками N'S' до получения частоты колет

90

баний подвижной части гальванометра, равной частоте измеряемого тока (режим резонанса). При этом достигается наибольшая чувствительность гальванометра.

колебания' подвижной части с амплитудой, зависящей от тока. Отраженный от зеркальца луч света дает на шкале светлую полосу, по ширине которой определяют измеряе­ мый ток. Чувствительность гальванометра можно изме­ нять при помощи делителя напряжения (рис. 3-22), встроен­ ного в прибор.

Осветитель с лампой и шкалой помещается в корпусе прибора.1

Гальванометр предназначен для работы в мостовых и компенсационных схемах переменного тока с частотой 30—100 Гц в качестве нулевого прибора.

Постоянная по току С/ = 0,9 • 10"7 А/мм, а по напряже­ нию Си = 2 - Ю" 5 В/мм.

е) Выбор -гальванометра

Каждый гальванометр можно использовать вразличнных случаях измерения, но наиболее подходящим он окажется только для какого-либо определенного измерения в зави­ симости от его чувствительности, периода колебаний, внут­ реннего сопротивления и внешнего критического сопротив­ ления. Чувствительность гальванометра не должна превы­ шать действительно необходимую, так как излишняя чувст­ вительность затрудняет работу. Период колебаний подвиж­ ной части гальвайометров (кроме баллистических) должен быть порядка 2—8 с. Для каждой схемы гальванометр подбирается так, чтобы он работал в условиях, близких к критическому ускорению.

Для измерения малых токов в цепях с большими сопро­ тивлениями следует брать гальванометр с большой чувстви­ тельностью к току, с большим критическим и собственным сопротивлением.

При использовании гальванометра в цепях с малыми сопротивлениями, а также в качестве нулевых устройств схем мостов и потенциометров следует выбирать гальвано­ метры с малым критическим и собственным сопротивлением,

91

малой чувствительностью к току и большой чувствитель­ ностью к напряжению.

Для измерения незначительных э. д. с. следует приме­ нять гальванометры с большой чувствительностью к напря­ жению.

Для баллистических измерений, например для измере­ ния емкости, следует выбирать гальванометры с большим периодом колебаний — 15—30 с и большим критическим сопротивлением.

По табл. 3-1 и 3-2 можно выбрать наиболее подходящий прибор.

ж). Галъванометрические усилители

Обычными гальванометрами измеряют весьма малые токи и напряжения. Номинальный ток и номинальное напряжение, например, для гальванометров типа М17

меньшие токи или напряжения, то вместо гальванометра

прибора является основным для измерений в цепях с очень

тельной поверхности, фотоэлемента ФУ вызывает появление

Коэффициент усиления fcy может быть равным 105 —10°, однако вследствие влияния внешних факторов он сильно

92

изменяется, и точность прибора будет низкой. Применением более сложных схем можно повысить точность.

Завод «Вибратор» выпускает фотоэлектрические усили­ тели типа ФИ 7 для усиления постоянных токов и

Рис. 3-24. Схема гальвапометрическсто усилителя.

напряжений. Усилитель представляет' собой сочетание гальванометра, оптической системы и дифференциального фоторезистора. Усилители изготовляются с различными коэффициентами усиления — от 1,4-10* до 3,4-105 .

. 3-6. А М П Е Р М Е Т Р Ы И ВОЛЬТМЕТРЫ В Ы П Р Я М И Т Е Л Ь Н О Й СИСТЕМЫ

Приборы выпрямительной системы представляют собой сочетание измерительного механизма магнитоэлектрической системы и выпрямителя на полупроводниках. Как известно, вольт-амперную характеристику полупроводникового диода (вентиля) для практических расчетов представляют двумя

что обеспечивает одинаковую нагрузку цепи для двух полу­ периодов переменного тока.

Ток через измерительный механизм идет в течение одного полупериода, что равноценно снижению чувствительности измерительного механизма в 2 раза.

В схеме на рис. 3-25, б измерительный механизм и выпря­ митель замкнуты на вторичную обмотку трансформатора,

93

периода ток идет по пути абгв, в течение второго — по пути вбга, т. е. через измерительный механизм за период ороходят две полуволны тока одного направления (от точки б к точке г).

Действующий на подвижную рамку измерительного меха­ низма мгновенный вращающий момент М = BSwi.

В

А ?

2л

Рис. 3-25. Схемы выпрямителей'.

аи б — схемы с одпополупериодным выпрямителем и кривая тока измеритель­

При двухполупериодиом выпрямлении средний за период вращающий момент

Угол поворота подвижной части, определяемый средним вращающим моментом, выразим так:

BSw т

Так как на шкалах приборов наносятся действующие значения синусоидального тока, то, приняв во внимание, что I/1ср = кф, получим для двухполупериодной схемы оконча­ тельное выражение угла поворота подвижной части:

Таким образом, приборы, проградуировапные при сину­ соидальном токе (коэффициент формы кривой кф = 1,11),

94

дают • неправильные показания при несинусоидальных токах.

Повышение температуры на 1 °С вызывает уменьшение сопротивления выпрямителей на 1,5—4%.

В вольтметрах на малые напряжения изменение сопро­ тивления выпрямителя влияет на сопротивление вольт­ метра. Для компенсации применяют добавочные резисторы, выполняемые из двух частей: одной из медной и второй

Манеа Медь нин

а) б) в)

Р и с. 3-26. Схема температурной и частотной компенсации у детек­ торных вольтметров и амперметров.

о — на малые напряжения, б — ва -большие напряжения; в — на небольшие

(ГОКИ.

из манганиновой проволоки (рис. 3-26, а). При увеличении температуры уменьшение сопротивления выпрямителя ком­ пенсируется увеличением сопротивления медного добавоч­ ного резистора.

В вольтметрах на большие напряжения возможно умень­ шение показаний (при повышении температуры) вследствие уменьшения коэффициента выпрямления (возрастает прямое сопротивление диодов). Для компенсации этого влияния применяют шунт (рис. 3-26, б), состоящий из двух частей, изготовленных из медной и манганиновой проволок. При повышении температуры возрастают сопротивление шунта и ток в измерительном механизме, что компенсирует умень­ шение коэффициента выпрямления. Аналогичная компен­ сация уменьшения коэффициента выпрямления в ампер­

цепь выпрямителя, что приводит к уменьшению показаний прибора.

95

Уменьшение влияния частоты достигается или шунтиро­ ванием части добавочного резистора емкостью (рис. 3-26, а), пли применением шунта с некоторой индуктивностью (рпс. 3-26, б и в).

На основе выпрямительной системы часто создают комбинированные приборы для измерения постоянного и переменного тока и напряжения. Такие приборы содержат все рассмотренные элементы: измерительный механизм, многопредельный шунт, многопредельный добавочный резистор и переключатель.

Приборы с меднозакисными вентилями пригодны для работы при частоте до 2—10 кГц, а с германиевыми венти­ лями, имеющими малую емкость, — для работы и при более высокой частоте.

Отечественная промышленность выпускает ряд много­ предельных ампервольтметров, например Ц-315 для цепей постоянного и переменного тока с частотой от 45 до 1000 Гц; Ц-51 для цепей постоянного тока (класс точности 1) и пере­ менного тока частотой до 10 кГц (класс точности 1,5 и 2,5).

Выпускаются также выпрямительные щитовые приборы на разные номинальные токи" и напряжения, например Ц-25, Ц-26, Ц-27, Ц211Т.

Положительные свойства выпрямительных приборов: высокая чувствительность; малая мощность потерь; неза­ висимость показаний от частоты (в небольших диапазонах).

Отрицательные свойства: невысокая точность (классы 1,5 и 2,5); зависимость показаний от формы кривой изме­ ряемой величины.

ЗтЪ А М П Е Р М Е Т Р Ы И ВОЛЬТМЕТРЫ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

Термоэлектрический прибор представляет собой соче­ тание магнитоэлектрического измерительного механизма и измерительного термопреобразователя.

Термопреобразователь состоит из одной или нескольких термопар и нагревателя (рис. 3-27). К заяшмам измеритель­ ного механизма присоединяются свободные концы а, б термо­ пары, а рабочий конец ее РЕ нагревается измеряемым током, проходящим по нагревателю. Применяются нагреватели, изолированные от термопары или электрически соедднениые с ней..

96

термопары примерно пропорциональна температуре ее рабочего конца, которая определяется квадратом действут ющего значения измеряемого тока. Таким образом, угол поворота подвижной части примерно пропорционален квад­

влияния температуры окружающей среды на его показа­ ния термопреобразователь помещают в стеклянную колбу, создавая в ней вакуум (вакуумный термоэлемент).

Схема одного из термоэлектрических амперметров дана на рис. 3-28. Измеряемый ток проходит по двум параллель­ ным проводам А и Б. К серединам этих проводов приварены

званное большим повышением температуры рабочих кон­ цов по сравнению со свободными концами при длительном прохождении измеряемого тока. В данной схеме в местах расположения рабочих концов термопар измеряемый ток не встречает перехода от одного металла к другому. Поэтому нет дополнительного выделения или поглощения тепла,

и направление измеряемого тока не влияет на показания прибора.

Термопреобразователи обладают ничтожной индуктив­ ностью и емкостью, вследствие чего показания термоэлек­

системы широко применяются для измерения тока и напря­ жения в цепях высокой частоты.

Недостатками термоэлектрических приборов являются

нпзкого к. п. д. термопреобразователя.

в,

-М-

ЛЬ

^ггов

Гальванометр

Рис. 3-29. Принципиальная схема термовольтметра с фотокомпеисациониьш усилителем.

Завод «Вибратор» выпускает серию термоприборов для измерения в цепях постоянного и переменного тока с часто­ той до 2-107 Гц, например термомиллиамперметр Т-15 на номинальные токи / и = 5 ч- 300 мА, класс точности 1; термоамперметр Т-14 на ток 1п = 4 ч- 60 А, класс точности 4; термовольтамперметр Т-16 на напряжение Ua = 0,75 -г- 60 В, класс точности 1,5 и др.

В термовольтметре Т-17 (рис. 3-29) применение вакуум­ ного термопреобразователя ТВБ на 1 мА и фотокомпеисационного усилителя с пределом 40 мкВ позволило значи­ тельно уменьшить ток в нагревателе, увеличить входное сопротивление до 10 кОм на!1 В и увеличить перегрузоч­ ную способность. Рассмотрим работу прибора.

98

Ток / в нагревателе ТВБ пропорционален измеряемому

сируют друг друга. Показание выходного миллиампер­ метра тА равно нулю.

При включении измеряемого напряжения Ux в гальва­ нометре пойдет ток. Перемещение светового луча, отражен­ ного зеркальцем гальванометра, по поверхностям фото­ резисторов вызовет увеличение сопротивления одного фото­ резистора и уменьшение другого. Вследствие этого ток I t не будет равен току / 2 , и через измеритель тА пойдет ток, равный их разности. Таким образом, показания милли­ амперметра зависят от напряжения Ux. Сопротивление гк является элементом обратной связи, которая обеспечивает стабильность усиления. Через конденсаторы Сх и С2 могут проходить переменные составляющие выпрямленных токов

В термовольтметре Т-17 успешно решена задача получе­ ния высокой чувствительности к напряжению при весьма малой мощности потерь. Прибор весьма устойчив к перегруз­ кам и имеет класс точности 1,0.

Термоэлектрические вольтметры Т-131 и Т-132 представ­ ляют собой модернизированные термовольтметры Т-17.

Положительные свойства термоэлектрических прибо­ ров: высокая чувствительность, независимость показаний от частоты.

Отрицательные свойства: относительно невысокая точ­ ность, зависимость показаний от температуры окружающей среды, значительная мощность потерь.

3-8. А М П Е Р М Е Т Р Ы И ВОЛЬТМЕТРЫ Э Л Е К Т Р О М А Г Н И Т Н О Й СИСТЕМЫ

Наименование системы прибора определяется типом измерительного механизма, что относится и к электромагнит­ ным амперметрам и вольтметрам.

Электромагнитные амперметры имеют шкалы со значе­ ниями измеряемого тока, проходящего по неподвижной катушке прибора (§ 2-2).