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

За последние годы получили некоторое применение приборы с цифровым отсчетом — цифровые приборы, в которых под действием измеряемой величины при ее

V

Рис. 1-22. Световой указатель с однократным отра­ жением луча (а) и оптическое устройство с много­ кратным отражением луча (б).

изменении автоматически вырабатываются сигналы из­ мерительной информации и показания представляются в цифровой форме.

е) Успокоение

Временем успокоения прибора называется промежуток времени от момента включения прибора до момента, при котором амплитуда колебания стрелки составит не более 1 % длины шкалы. Время успокоения должно быть ма-

40

лым. Согласно ГОСТ это время должно быть не более 4 с для приборов всех классов точности.

Все измерительные приборы снабжаются успокоите­ лями — приспособлениями для успокоения колебаний под­ вижной части.

Применяются воздушные и магнитопндукционные ус­ покоители (рис. 1-23 и 1-24).

Воздушный успокоитель (рис. 1-23) состоит из закры­ той камеры, внутри которой может перемещаться крыло,

духа. Разность давлений, направленная против движения крыла, оказывает тормозящее действие, успокаивающее колебания подвижной части.

Магнитоиндукционный успокоитель (рис. 1-24) со­ стоит из алюминиевого листочка 1, укрепленного на оси прибора 2, расположенного в поле магнита NS. При дви­ жении листочка в магнитном поле в нем индуктируются вихревые токи, взаимодействие которых с тем же магнит^ ньш полем создает тормозящее действие, уменьшая время успокоения.

ж) Погрешности приборов

Показание любого измерительного прибора вследствие несовершенства измерительного механизма и непостоян­ ства параметров измерительной цепи всегда несколько

41

отличается от действительного значения измеряемой ве­ личины, иначе говоря, всякий прибор имеет погрешность.

Погрешности приборов делятся на две группы:

1. О с н о в н а я п о г р е ш н о с т ь п р и б о р а - погрешность, которую имеет прибор при нормальных условиях работы (§ 1-1, в). Основная погрешность вызы­ вается рядом причин: трением; опрокидыванием; неурав­ новешенностью подвижной части; неправильной градуи­ ровкой и установкой шкалы; остаточной деформацией пружины и т. п.

Согласно ГОСТ 1845-59 приборы непосредственной оценки делят на классы точности: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5 и 4, которые указываются на шкалах измеритель­ ных приборов. Цифра класса точности обозначает о с- н о в н у ю, н а и б о л ь ш у ю д о п у, с т и м у ю п р и ­ в е д е н н у ю п о г р е ш н о с т ь (1-5).

Степень устойчивости показаний прибора при одних и тех же условиях измерения одной и той же величины ха­

наибольшая разность показаний прибора при одном и том же значении измеряемой величины. Она определяется при плавном подходе стрелки к испытуемой отметке шкалы один раз при движении ее от начальной, а второй раз от конечной отметок шкалы. Вариация показаний

условий работы прибора от его нормальных условий. Раз­ личают* дополнительные погрешности от изменения тем­ пературы, неправильной установки прибора, влияния внешних магнитных и электрических полей, изменения частоты и т. п.

Дополнительные погрешности также нормируются ГОСТ 1845-59.

Приведенные допустимые дополнительные погреш­ ности, или, что то же, изменения показаний прибора, вызванные отклонением температуры окружающего воз­ духа на ± 1 0 °С от нормальной в пределах рабочих темпе­ ратур (§ 1-4, а), для приборов группы А установлены рав­ ными основной погрешности соответствующего класса точности. Например, для прибора группы А, класса точ-

42

ностп 1,5 приведенная допустимая дополнительная по­ грешность от температуры, так же как и основная, сос­

от температуры. Так, например, для приборов класса точности 0,5 группы Б допустимая погрешность от темпе­ ратуры ограничена ± 0 , 4 % , а для приборов группы В

± 0 , 3 % .

Приведенные допустимые погрешности приборов групп А, Б и В, вызванные определенным отклонением прибора от рабочего нормального положения и отклонением час­ тоты на ± 1 0 % от номинальной, установлены равными осиовной погрешности.

Внешние магнитные и электрические поля, накладываясь на собственные поля приборов, оказывают влияние на показания приборов. Это влияние увеличивается с уси­ лением внешнего поля и уменьшением собственного поля прибора. Влияние внешних полей ослабляется приме­ нением экранов.

Изменение показаний приборов постоянного тока при самом неблагоприятном направлении поля напряженно­

для приборов переменного тока с частотой до 1 кГц под влиянием однородного магнитного поля напряженностью 400 А/м, изменяющегося с той же частотой, что и частота измеряемой величины, при самых неблагоприятных фазе и направлении поля.

Приборы переменного тока с магнитоэлектрическим измерительным механизмом должны удовлетворять выше­ указанным требованиям при испытании в переменном и постоянном магнитных полях.

При монтаже приборов на щите из ферромагнитного материала толщиной 3 мм и установке переносных прибо­ ров на ферромагнитном основании толщиной 3 мм изме­

43

измерения величины измерительным прибором определя­ ется суммой двух погрешностей — основной и допол­ нительной.

а) Устойчивость к перегрузкам

Различают два вида перегрузки: 1) термическую — длительную перегрузку прибора током (превышающим номинальный), при которой происходит нагрев отдельных частей прибора выше допустимых значений; 2) динамиче­ скую — импульсную перегрузку током, при которой под­

В ГОСТ 1845-59 предъявлены к приборам требования в от­ ношении устойчивости приборов к тому и другому виду перегрузки.

прочностью. Согласно ГОСТ 1845-59 изоляция должна выдерживать в течение 1 мин указанное табл. 1-5 напря­ жение переменного тока частотой 50 Гц.

44

к) Мощность потерь

Работа измерительного прибора связана с расходом электрической энергии. Большая часть ее идет на нагре­ вание его электрической цепи, меньшая — на вихревые токи и перемагничивание стали. В большинстве случаев эта мощность потерь мала -с точки зрения экономии элект­ роэнергии. Но в отношении повышения температуры отдельных частей прибора и вызванных этим обстоятель­ ством погрешностей всегда следует иметь прибор с мень­ шей мощностью потерь. Кроме того, мощность потерь прибора и его параметры должны быть такими, чтобы вклю­ чение прибора не вносило изменений в режим работы -цепи, в которой производится измерение, и тем самым не явля­ лось источником погрешностей. Последнее особенно важно при измерении в цепях с малой мощностью.

В табл. 1-6 даны примерные мощности потерь некото­ рых приборов.

45

функции, для которых опп предназначены при определенных у с л о ­ виях эксплуатации п которые определяются стандартом или техни­ ческими условиямп.

Если значегше одного плп нескольких параметров изделия выходит за пределы, установленные ГОСТ или техническими у с л о ­

функционировать в определенных условиях в течение определен­ ного времени. Оно устанавливается ГОСТ пли техническими у с л о ­ виямп.

периодом времени практического использования пзделия от начала эксплуатации до момента, с которого эксплуатация его делается технически пли экономически нецелесообразной. Так, например,

чаев определяются путем прогноза в период, когда изделие ста­ вится на серийное производство. При этом незначительная часть лзделпп отбирается для испытаний на надежность. По результатам этих испытаний определяют показатели надежности всех изделий

того, что в течение времени непрерывной работы t не произойдет ни одного отказа. Часто пользуются приближенным значением этого

P = {N—n)/N.

Среднее время безотказпой работы Т определяется как среднее арифметическое время исправной работы каждого прибора.

46

П о найденным показателям надежности можно определить долговечность, гарантийный срок и другие качественные показатели изделия.

Глава вторая

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ПРИБОРОВ НЕПОСРЕДСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ

2 - 1 . М А Г Н И Т О Э Л Е К Т Р И Ч Е С К А Я СИСТЕМА

В магнитоэлектрических измерительных механизмах перемещение подвижной части вызывается силами взаи­ модействия поля постоянного магнита и тока, проходя­

лей.

Подвижная часть измерительного механизма включает прежде всего рамку 2, состоящую из легкого прямоуголь­ ного алюминиевого каркаса с наложенной на него обмоткой из медной или алюминиевой изолированной проволоки

47

спиральных пружин, втулка с указательной стрелкой и противовесами.

На рис. 2-2 показан путь тока: от одного зажима прибора, через спиральную пружину, обмотку рамки, вторую пружину и ко второму зажиму прибора.

В результате взаимодействия тока, проходящего по обмотке рамки, и магнитного поля в зазоре магнитопро-

действующие на рамку. Вращающий момент, созданный этой парой сил, вызывает поворот подвияшой части.

48

моментов, которое с учетом выражений (1-20) и (2-1)

пропорционален току, и, следовательно, прибор имеет-

может быть определен по углу поворота подвижной части, измерительного механизма и постоянной по току С/ (1-25).

В в воздушном зазоре. Это изменение производится при помощи магнитного шунта — пластины из мягкого ферро­ магнитного материала, расположенной около полюсных башмаков (рис. 2-3, показана пунктиром), образующей вторую параллельную ветвь в магнитопроводе.

При изменении расстояния между магнитным шунтом и полюсными башмаками изменяется магнитное сопротив­ ление ветви шунта, следовательно, изменяется распределе­ ние магнитного потока в ветвях, изменяется в индукции В

т. е. по углу поворота подвижной части можно определить напряжение на зажимах измерительного механизма, сле­ довательно, он может быть применен для измерения напря­ жения. Постоянная по напряжению

т. е. равна постоянной по току, умноженной на сопротив­ ление рамки.

Успокоителем рассматриваемого механизма служит каркас рамки. При движении подвижной части изменяется

49