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

Намагничивающая сила катушки при любом номиналь­ номтоке составляет 200—300 А, следовательно, при номи­ нальном токе 5 А прибор имеет 40—60 витков. Электро­ магнитные амперметры изготовляются на номинальный ток до 300 А, так как при больших токах могут наблюдаться нагрев обмотки и магнитные влияния подводящих проводов с током. Шуиты для расширения предела измерения тока не применяются вследствие большого падения напряжения в катушке (до 400 мВ).

Катушки многопредельных амперметров состоят из двух пли четырех секций, которые при помощи переключателя

100

настолько большом по сравнению с ©L, что в выражеппи (3-22) членом со/, можно пренебречь. Таким образом, доба­ вочный резистор служит не только для расширения преде­ лов измерения и компенсации влияния температуры, что было показано выше, в § 3-3, но и для компенсации влияния частоты на показания вольтметра.

Вольтметры изготовляются па различные номинальные

частоты вследствие больших значений индуктивности катуш­ ки, и поэтому они могут применяться при частоте, не пре­ вышающей 100—200 Гц.

Применение сердечников из пермаллоя повышает точ­ ность электромагнитных приборов за счет уменьшения

магнитные амперметры- и вольтметры класса точности 0,5. Положительные свойства электромагнитных приборов:

простота конструкции, пригодность для постоянного и пере­ менного тока, устойчивость к перегрузкам.

Отрицательные свойства: зависимость показаний от внешних магнитных полей, значительная мощность потерь, неравномерность шкалы.

3-9. А М П Е Р М Е Т Р Ы И В О Л Ь Т М Е Т Р Ы ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКОЙ И Ф Е Р Р О Д И Н А М И Ч Е С К О Й СИСТЕМ

Электродинамические амперметры и вольтметры имеют измерительный механизм системы того же названия (§ 2-3).

Подвижная катушка измерительного механизма должна быть легкой (для уменьшения погрешности от трения) и, следовательно, изготовляться из провода малого сечения, рассчитанного обычно на ток 30—60 мА. Неподвижная катушка, масса которой не влияет на погрешность прибора, выполняется из провода, сечение которого определяется номинальным током прибора, имеющим значение от несколь­ ких миллиампер до 5 А и выше. Неподвижная катушка может состоять из нескольких переключаемых секций (рис. 3-30).

101

При последовательном соединении катушек (рис. 3-31, а)

При той же схеме соединения в цепи с переменным напря­ жением мгновенные и действующие значения токов в катуш­ ках одинаковы и отсутствует сдвиг по фазе (t|) = 0), поэтому угол поворота подвижной частп

Вамперметрах (рис. 3-31, б) вследствие применения добавочных резисторов (гд 1 и гД 2 ) из манганина сопротивле­ ния параллельных ветвей г± и г2 практически неизменны.

Вцепи с постоянным напряжением ток каждой из вет­

вей прибора (рис. 3-31, б) пропорционален измеряемому

б)

Рп с . 3-31 . Схема соединения катушек .

а— элсктродппампческсто миллиамперметра; б — амперметра; в — вольт­

Угол поворота ПОДВИЖНОЙ части амперметра

Используя схему (рис. 3-31, б) для цепи с переменным напряжением, следует отрегулировать добавочные сопротив­ ления ветвей так, чтобы xjrx = хг1г2. При этом получим токи в ветвях совпадающими по фазе и угол поворота под­ вижной части

определяемый так же, как и для постоянного тока.

102

Показания электродинамических амперметров почти не зависят от частоты, поэтому они могут применяться при частоте до 2 кГц.

В электродинамическом вольтметре катушки и добавоч­ ные резисторы соединены последовательно. При его исполь­ зовании в цепи постоянного тока угол поворота подвижной

При гд ii> % сопротивление вольтметра Zy = гу и зави­ симость угла поворота подвижной части вольтметра от напря­ жения на его зажимах будет одинаковой в цепи переменного и постоянного тока (3-26).

Изменение частоты" вызывает изменения сопротивления вольтметра гу = Уг(гК-\-гр)2-\-((аЬ)2 и создает частотную погрешность.

Уменьшение этой погрешности достигается шунтирова­ нием части добавочного резистора конденсатором, что и выполняется у более точных приборов.

Отечествеииая продшшлеиность выпускает много раз­ личных типов электродинамических амперметров и вольт­ метров классов точности 0,1; 0,2; 0,5, например милли­ амперметр тина Д528 с номинальным током 1В — 1 -т- 100 мА; вольтметр Д523 многопредельный с UB — 1,5 -г- 600 В; амперметры и вольтметры Д533 класса точности 0,2 для постоянного и переменного тока с частотой до 1 кГц; амперметры и вольтметры класса 0,1 типа Д57.

Положительные свойства электродинамических прибо­ ров: высокая точность, пригодность для постоянного и пере­ менного тока.

Отрицательные свойства: чувствительность к перегруз­ кам, чувствительность к внешним магнитным полям, высо­ кая стоимость, значительная мощность потерь.

Ферродинамические амперметры и вольтметры, так же как и электродинамические, имеют вращающий момент, пропорциональный квадрату измеряемой величины. В неко­ торых приборах эту зависимость делают близкой к линей-

103

ной, что достигается соответствующим распределением магнитной индукции в воздушном зазоре.

Ферродпнампческие приборы вследствие большого вра­ щающего момента применяются преимущественно как само­ пишущие для цепей переменного тока с частотой 50— 1 ООО Гц. Класс точности их 1,5—2,5.

Положительные свойства ферродинамических приборов: большой вращающий момент, прочность конструкции ц иадежность в работе, нечувствительность к внешним маг­ нитным полям. Отрицательные свойства: невысокая точ­ ность, значительная частотная погрешность.

3-10. ВОЛЬТМЕТРЫ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

Электростатический вольтметр — это измерительный механизм системы того же названия (§ 2-6), на шкале кото­ рого нанесены деления, соответствующие значениям напря­ жения на его зажимах.

Расширение предела измерения напряжения в цепях переменного тока достигается применением добавочных

где р — множитель, показывающий, во сколько раз напря­ жение U больше напряжения Uv-

Применение конденсатора вызывает изменение характера шкалы и дополнительную погрешность, так как емкость Су зависит от угла поворота подвижной части прибора.

При неизменной емкости последовательно соединенных конденсаторов делителя напряжения между измеряемым напряжением U и напряжением на конденсаторе Uv, к зажи­ мам которого присоединен вольтметр, будет постоянное соотношение.

104

Отечественная промышленность выпускает ряд электро­ статических вольтметров, например вольтметры типа С-50, предназначенные для работы в цепях постоянного и перемен­ ного тока частотой от 20 Гц до 10 МГц, пределы измерения их 300 — 3 ООО В, входная емкость 4—10 пФ, погрешность 1—2%, вольтметры типа С-100 для измерений высоких напряжений до 25—75 кВ, частота 50 Гц—0,5 МГц, класс точности 1,5.

Положительные свойства электростатических вольт­ метров: ничтожная мощность потерь, пригодность для посто­ янного и переменного тока, независимость показаний от частоты и формы кривой измеряемого напряжения, нечувст­ вительность к внешним магнитным полям.

Отрицательные свойства: низкая чувствительность, чув­ ствительность к внешним электрическим полям.

3 - 1 1 . Э Л Е К Т Р О Н Н Ы Е ВОЛЬТМЕТРЫ

Электронные измерительные приборы весьма распростра­ нены и используются для измерения напряжения, тока, сопротивления, индуктивности, емкости и других величин.

Вольтметры электронной системы представляют собой

Схема простейшего электронного вольтметра постоянного тока дана на рис. 3-34. Измеряемое напряжение Ux подво­ дится к сетке триода, а в цепи катода переключателем Л устанавливаются различные сопротивления гк , чем обеспе-

105

чивается изменение усиления схемы п предела измерепия напряжения.

Начальный ток триода 10 (при Ux = 0) компенсируется встречным током / к - Этот ток при Ux — 0 регулируется

Р п с . 3-34. Схема простейшего электронпого вольтметра постояниого тока.

\стоянного тока. меняются, а в измерителе И по­

явится ток, являющийся функ­ цией измеряемого напряжения Ux. Эта схема обеспечи­ вает хорошую точность и устойчивую установку нуля.

На рис. 3-36 даны две структурные схемы электронных вольтметров переменного тока. В первой схеме (рис. 3-36, а)

106

измеряемое напряжение сначала выпрямляется детектором

с.

Установ­ ка нуля

У \/ \/ \ ^

а)

б)

Рис. 3-37. Схемы днодных вольтметров переменного тока.

а — с детектором среднего значения; б — с амплитудным де­ тектором.

диапазон частот, что характерно для усилителей напря­ жения.

Схемы электронных вольтметров переменного тока, выполненные на двойном диоде, даны на рис. 3-37.

107

В первой схеме (рис. 3-37, а) через измерительный меха­ низм ток проходит только при положительной полуволне напряжения Ux. Вращающий момент и угол поворота подвижной части пропорциональны среднему зпачеииго измеряемого напряжения. Так как шкала вольтметра градуируется в действующих значениях при синусоидальной форме кривой, то показания такого вольтметра с детектором среднего значения зависят от формы кривой измеряемого напряжения^.

Начальный ток / 0 , идущий через измеритель при Ux = О, компенсируется начальным током / к второго диода, направ­ ление которого в измерителе противоположно току / 0 . Небольшой начальный ток 10 при замкнутых зажимах вольтметра вызывается тем, что часть электронов, вылета­ ющих из катода, имеет достаточную начальную скорость для достижения анода при нулевом и даже при некотором

четверти перпода потенциал сра выше tpB , то через диод идет ток и конденсатор С быстро заряжается до амплитудного значения входного напряжения Ux, так как сопротив­ ление открытого диода мало. Во вторую четверть периода входное напряжение их меньше напряжения на копдеисаторе й-с и последний разряжается. При этом потенциал анода (точка ?г) отрицателен по отношению к катоду (точка в), такиж образом, диод заперт и конденсатор разряжается через-измеритель И и относительно большое сопротивление г, при котором процесс разрядки замедлен.

Если выполнено условие Cr ^> Т, то за время полупери­ ода 772 напряжение на конденсаторе изменится очень незна­ чительно (рис. 3-37, б). Таким образом, показания вольт­ метра (измерительного механизма) будут пропорциональны амплитудному значению измеряемого напряжения Umx. .

Шкала вольтметра градуируется в действующих зна­ чениях синусоидального напряжения U, тогда при любой

рис. 3-38. Измеряемое напряжение Ux подводится к сетке триода, начальный потенциал которой Ux = 0 можно изме­ нять делителем напряжения г0 .

108

на «условный нуль» шкалы. После включения измеряемого напряжения (кривая

1—2—3—4—5 на рис. 5-39) напряжение на

анодной цепи будет пульсирующий ток, зависящий от измеряемого напряжения. Вследствие нелинейности ха­

Д-^а= Ли ср -^ао независимо от формы кривой входного измеряемого напря-

4 0 9