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

Металлический кожух имеет размеры 560 X 450 X X 220 мм.

Наряду с рассмотренным петлевым гальванометром применяются магнитоэлектрические рамочные гальвано­ метры. Подвижная часть такого гальванометра, состоящая из узкой рамки с небольшим числом витков, крепится на растяжках. Чувствительность их значительно больше, чем у петлевых, а частота собственных колебаний, на-

Рис. 11-10. Схема работы осциллографа типа Н 1 0 2 .

оборот, значительно меньше (табл. 11-1). Они широко применяются для измерения неэлектрических величин.

В осциллографических гальванометрах мощности ферродинамической системы на кольцевой сердечник из пермаллоя накладывается неподвижная обмотка. В воз­ душном зазоре этого сердечника расположена петля с зер­ кальцем. Для успокоения корпус гальванометра запол­ няется кремнийорганической жидкостью.

Включив неподвижную обмотку в цепь тока, а петлю гальванометра с безреактивным добавочным резистором— на напряжение цепи, получим вращающий момент галь­ ванометра, пропорциональный мгновенной мощности цепи:

и

290

Т а б л и ц а 11-1

В и б р а т о ры (осцпллографпческне гальванометры) осциллографов И102 и МП02

Пропорциональным мощности будет и угол поворота зеркальца гальванометра, следовательно, можно полу­ чить кривую мгновенной мощности цепи.

Чувствительность гальванометра

где j — момент инерции гальванометра.

Увеличение удельного противодействующего момента (D) вызывает увеличение частоты собственных колебаний гальванометра (11-2) и уменьшение его чувствительности (11-1). Поэтому высокочастотные гальванометры имеют малую чувствительность, а высокочувствительные — малую частоту колебаний (табл. 11-1).

Гальванометры небольшой чувствительности (1—2 мм/мА) с невысокой частотой колебаний (2—3 кГц) являются универсальными, устойчивыми в работе и поэтому приме­ няются наиболее часто.

Выбирая гальванометр, следует помнить, что гальва­

с холодным катодом и осциллографы с накаленным ка­ тодом. У первых для получения электронного луча исполь­ зуют явление электростатической эмиссии, для чего между

Рпс . 11 - 11 . Электрошю-лучевая трубка .

катодом и анодом создают электрическое поле с большой на­ пряженностью, используя высокое напряжение около 70 кВ. Эти осциллографы применяются в высоковольтной измерительной технике и в данном курсе не рассматри­ ваются. У вторых для получения электронного луча ис­ пользуется явление термоэлектронной эмиссии.

Основной частью осциллографа с накаленным като­ дом является электронно-лучевая трубка (рис. 11-11), представляющая собой стеклянную колбу, в которой соз­ дан вакуум. В суженном конце колбы расположено уст­ ройство, получившее название «электронной пушки» или «электронного прожектора», предназначенное для полу­

292

Кроме электронной пушки, в трубке находятся две пары отклоняющих пластин Рх и Р2, расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях, и экран Э. Он образован покрытием внутренней поверхности расширен­ ного торца трубки слоем люминофора, например серни­ стого цинка, обладающего способностью светиться под действием ударяющихся в него электронов.

Катод — это металлический цилиндр' с оксидным ^по­ крытием торца, чем достигается излучение электронов в одном направлении. Цилиндр надевается на фарфоровую трубку, внутри которой помещается нить подогрева.

А

Л,

4

ства электронов в луче и для его начального формирова­ ния. Он имеет отрицательный потенциал относительно катода. Электроны, вылетевшие из катода, под действием электрического поля будут отклоняться к оси луча. При увеличении отрицательного потенциала управляющего электрода часть электронов, получив еще большее откло­ нение, не пройдет через отверстие электрода. Следова­ тельно, изменением потенциала можно регулировать ко­ личество электронов в луче и яркость пятна на экране.

Пройдя управляющий электрод, электроны опять бу­ дут отклоняться от оси луча. *

Для дальнейшей фокусировки луча применяются два цилиндрических анода Ах и А2 (рис. 11-12). Оба анода имеют положительные потенциалы относительно катода, первый из них — меньший, второй — больший (1—4 кВ). Электроны, попав в электрическое поле анодов, откло­ няются в направлении к оси луча и получают ускорение

293

в направлении движения. Таким образом, поле анодов At и А2 действует на электронный луч как собирательная линза, фокусируя его в точке, лежащей на оси трубки на экране Э (рис. 11-12). Фокусировка производится регули­ ровкой потенциала анода Ах. В месте соприкосновения электронного луча с экраном будет маленькое резко очер­ ченное светящееся пятно (точка).

Воздействуя на электронный луч электрическим по­ лем, можно вызвать его отклонение. Допустим, что элек­ тронный луч совпадает с осью трубки, о чем можно су­ дить по светящейся точке в центре экрана. Приложив к отклоняющим пластинам (рис. 11-11 и 11-13) постоянное

жения на отклоняющих пластинах на 1 В называется

Чувствительность трубок Su — 0,2 -=-0,5 мм/В. Перемещение электронного луча под воздействием

электрического поля исследуемой величины происходит в одной плоскости, в нашем случае — в.плоскости рисунка. Для получения кривой исследуемой величины необходимо вызвать перемещение луча в плоскости, перпендикулярной к первой, полем вспомогательного напряжения (напряже­ ния развертки), приложенного ко второй паре пластин Р2.

Если к каждой из пар отклоняющих пластин будет приложено периодическое напряжение, то луч, переме­ щаясь по экрану, будет описывать определенную замкну­ тую кривую — фигуру Лиссажу. Форма этой фигуры зависит от характера кривых напряжений, действующих между отклоняющими пластинами, от отношения ампли­ туд, частот и сдвига фаз. По фигуре Лиссажу можно найти исследуемую кривую.

294

Исследуемую периодическую кривую обычно полу­ чают непосредственно в прямоугольных координатах на экране осциллографа. Для этого вспомогательное напря­ жение, приложенное к паре отклоняющих пластин Р2> должно быть пилообразным (рис. 11-14,а). В начальный момент времени tt напряжение равно нулю. Затем оно увеличивается пропорционально времени, достигая в конце периода исследуемой величины t5 своей амплитуды UmBCB (рис. 11-14, б). Это напряжение при отсутствии исследуе­ мой величины вызовет перемещение электронного луча по экрану с постоянной скоростью по прямой из точки ах в точку а5 (рис. 11-14).

Р и с . 11-14. Кривые исследуемого и вспомогательного на­ пряжений .

Если одновременно на электронный луч будет дей­ ствовать еще и электрическое поле между парой откло­ няющих пластин Рг, созданное исследуемым напряжением и, то электронный луч под влиянием этого поля, кроме того, будет отклоняться по экрану в вертикальном - на­ правлении на величину, пропорциональную мгновенному значению исследуемого напряжения. Следовательно, элек­ тронный луч в течение периода вычертит на экране кривую исследуемой величины (рис. 11-14, в).

Достигнув своей амплитуды в момент t5, вспомога­ тельное напряжение мгновенно падает до нуля, и в соот­ ветствии с этим электронный луч мгновенно из точки а5 перемещается по прямой в точку ах. После этого вспомо­ гательное напряжение вновь начнет увеличиваться про­ порционально времени и электронный луч в течение вто­ рого и следующего периодов будет повторять свое движе­ ние.

295

Световая инерция экрана способствует получению на нем устойчивой кривой исследуемой величины. Од­ нако этого недостаточно, так как устойчивая кривая обес­ печивается, если отношение периодов пилообразного и исследуемого напряжений составляет целое число. Так,

т. е. изменение напряжения от амплитуды его до нуля происходит не мгновенно, а в течение какой-то малой части периода. Это вызывает выпадение из кривой напряжения

Р и с. 11-15. Схема тиратропного генератора гшлообразпого напряжения и его кривая.

соответствующей части ее. Обратное движение луча из точки Й5 в точку ах происходит значительно быстрее, чем прямое движение его. Кроме того, обратный ход луча гасят, и на экране он не виден.

Пилообразное напряжение получают от ламповых (релаксационных) генераторов, схема одного из них с при­ менением тиратрона дана на рис. 11-15, а.

После включения постоянного напряжения U конден­ сатор С будет заряжаться через резистор г. Напряжение на нем будет увеличиваться по кривой Оаб (рис. 11-15, б) до тех пор, пока оно не достигнет напряжения зажигания тиратрона (точка б), при котором сопротивление тират­ рона резко уменьшается. С этого момента конденсатор начнет разряжаться через тиратрон, а напряжение на нем — быстро уменьшаться. Разряд конденсатора и умень­ шение напряжения на нем прекратятся, когда будет до­ стигнуто напряжение гашения тиратрона (точка а'). С этого момента конденсатор снова начнет заряжаться, а напряже­ ние на нем — увеличиваться go напряжения зажигания

296

тиратрона и т. д. Следовательно, напряжение на выходе будет изменяться по кривой аба' б' а" б" и т. д.

Напряжение заяшгания тиратрона регулируют из­ менением потенциала сетки тиратрона, а частоту генера­ тора — изменениями емкости конденсатора С и сопротив­ ления резистора г.

Чувствительность обеих пар отклоняющих пластин к напряжению мала, поэтому исследуемое и пилообразное напряжения сначала усиливаются, а затем подводятся к отклоняющим пластинам. Электронные осциллографы

Для одновременного исследования двух периодически изменяющихся величин применяются или двухлучевые осциллографы (не получившие широкого применения), или специальные электронные коммутаторы, например, типа ЭК-1. Этот коммутатор производит поочередное включение то одной, то другой исследуемой величины, воздействующей на электронный луч осциллографа, что приводит к получению на экране одновременно двух кри-' вых исследуемых величин.

Электронный осциллограф применяется не только для получения кривых напряжения, но и для измерения ряда электрических величин: напряжения, тока, частоты, cos ср, интервалов времени и др. Кроме того, он применяется как нулевой индикатор в мостах переменного тока и в сочета­ нии с измерительными преобразователями — для изме­ рения некоторых неэлектрических величин.

Приложив измеряемое напряжение к одной паре от­ клоняющих пластин осциллографа, получим на экране прямую линию, длина которой пропорциональна удвоен­ ной амплитуде измеряемого напряжения. Измерив длину этой линии и зная постоянную по напряжению при дан­ ном режиме работы осциллографа, можно определить амплитуду напряжения.

Для измерения тока к одной паре отклоняющих пла­

выше) амплитуду напряжения, зная сопротивление образ­ цового резистора, нетрудно определить, пользуясь за­ коном Ома, и амплитуду тока. /

297

Для измерения частоты к одной паре отклоняющих пластин, например Р х , подводится напряжение измеряе­ мой частоты / х , к другой паре пластин Р2 — напряжение известной частоты fy от измерительного генератора с ре­ гулируемой частотой.

Если подобрать частоту / так, чтобы на экране уста­ новилась одна из простейших фигур Лиссажу (рис. 11-16), то это укажет, что отношение частот fxlfv равно отношению числа точек перенесения фигуры Лиссажу с линией х—хг

проведенной параллельно отклоняющим пластинам Рг, к числу точек пересечения той же фигуры с линией у—у, проведенной параллельно отклоняющим пластинам Р2. Например, фигура Лиссажу (рис. 11-17) пересекается с ли­ нией х—х 2 раза, а с линией у—у 6 раз, следовательно, имеем:

число разнообразных однолучевых электронных осцил­ лографов, например ЭНО-1; ЭМО-2; ЭО-7; ЭО-53М и др., а также двухлучевых, например ДЭСО-1; ОК-17М; ОК-21 и др.

298

Глава двенадцатая,

МАГНИТНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ

1 2 - 1 . О Б Щ И Е З А М Е Ч А Н И Я

Электрические и магнитные явления неразрывно связаны друг с другом. Свойства ферромагнитных мате­ риалов влияют на характеристики электрических машин, аппаратов, приборов, в которых они применяются. По­ этому электротехника не мождт обойтись без измерений маг­ нитных величин и без изучения свойств магнитных мате­ риалов и конструкций.

12-2. И З М Е Р Е Н И Е ПОСТОЯННОГО М А Г Н И Т Н О Г О П О Т О К А

а) Баллистический гальванометр

Для измерения магнитного потока баллистический галь­

299