книги из ГПНТБ / Сафонов А.С. Специальная электротехника учеб. для воен.-мор. команд.-инженер. училищ

фу) 5, помещенной между полюсами сильного постоянного магнита. Ток, взаимодействуя с полем постоянного магнита, отклоняет петлю и укрепленное на ней небольшое зеркальце на угол, величина кото­ рого пропорциональна силе тока в петле. Очевидно, что при про­ хождении переменного тока петля будет колебаться, отклоняясь пропорционально изменениям силы тока. Если при этом тонкий пу­ чок света от лампы / через линзу 2, диафрагму 3 и призму 4 на­ править на зеркальце вибратора, то пучок света, отражаясь от зер­ кальца, частично будет проходить через линзу 6 и падать на съемоч­

экране будет видна кривая исследуемого тока, а на фотобумаге эта кривая будет зафиксирована в виде так называемой осциллограммы.

Наиболее распространенным портативным осциллографом яв­

Основной частью электронного осциллографа является электрон­ нолучевая трубка. На рис. 14.20 показаны устройство трубки и прин-

Рис. 14.20. Электроннолучевая трубка

щгаиальная схема ее включения. Трубка представляет собой стеклян­ ную колбу специальной формы, в которой создан весьма высокий вакуум. На одном конце трубка имеет цоколь со штырями, а на дру­ гом экран — слой люминесцирующего вещества, нанесенного на вну­ треннюю поверхность дна колбы и светящегося под действием пуч-

300

ка электронов. Цвет свечения в трубках осциллографов обычно зе­ леный. Внутри трубки размещены детали, служащие для получения электронов и управления пучком движущихся электронов.

Сущность действия электроннолучевой трубки заключается в следующем. При включении трубки под напряжение катод / нагре­ вается и излучает электроны. На управляющей сетке 2 (металличе­

ский цилиндр с отверстием на выходе) с отрицательным (относи­ тельно катода) потенциалом, снимаемым с потенциометра г\, элек­ троны формируются в пучок 3 (плотность которого может регулиро­

ваться изменением потенциала). Далее электронный пучок проходит систему анодов А\ и Аг, выполненных также в виде цилиндров. На

второй анод подается напряжение 600—5000 В и более, а на первый анод—часть этого напряжения (20—50%), регулируемого потенцио­ метром Гг. Под действием электрических полей анодов электронный пучок ускоряется и фокусируется на поверхности экрана. В резуль­ тате на экране создается яркое светящееся пятно.

Для того чтобы на экране вместо светящегося пятна получить кривую, показывающую характер изменения исследуемой электриче­ ской величины, необходимо управлять электронным лучом и заста­ вить его изменяться в полном соответствии с изменениями исследуе­ мой величины. В электронных осциллографах такое управление, как правило, осуществляется с помощью электрического поля. Для этого между вторым анодом и экраном, т. е. на пути движения луча элек­ тронов, устанавливаются две пары горизонтально отклоняющих 4 и вертикально отклоняющих 5 пластин. При подаче напряжения на

первую пару пластин создается электрическое поле, под действием которого электронный луч отклоняется в сторону пластины с боль­ шим потенциалом и соответственно смещается пятно на экране по вертикали. При подаче напряжения на вторую пару пластин проис­ ходит смещение4 пятна на экране по горизонтали. Смещение светяще­ гося пятна на экране прямо пропорционально отклоняющему напря­ жению. Поэтому величина смещения в миллиметрах на 1 В откло­ няющего напряжения называется чувствительностью трубки по дан­

ному направлению. Чувствительность трубки по обоим направле­ ниям, как правило, неодинакова.

При подаче на горизонтальные пластины исследуемого перемен­ ного напряжения Uy светящееся пятно перемещается на экране по вертикали и образует прямую линию. Если теперь подать синусо­ идальное напряжение Ux на вертикальные пластины от другого источника, то пятно будет описывать на экране замкнутые кривые, образуя фигуры Лиссажу. Форма этих кривых зависит как от формы кривой исследуемого напряжения, так и от соотношения частот при­ ложенных напряжений. Анализ фигур Лиссажу позволяет установить форму кривой исследуемого напряжения и его частоту. Синусоидаль­ ное напряжение обычно подается на электронные осциллографы от внешнего источника напряжения, частота которых известна.

Развертка электронного луча на экране с помощью синусоидаль­ ного напряжения называется синусоидальной электронной разверт­ кой. Основным недостатком такой развертки является отсутствие непосредственного наблюдения на экране формы кривой исследуе­ мого напряжения.

Для получения на экране действительной формы кривой иссле­ дуемого напряжения электронные осциллографы снабжаются гене-

301

ГЛАВА ПЯТНАДЦАТАЯ

МЕТОДЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ

§ 15,1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Все методы электрических измерений разделяются на две основные группы: методы непосредственной оценки и методы сравнения.

Сущность методов непосредственной оценки состоит в том, что о значении измеряемой величины судят непо­ средственно по показанию прибора, шкала которого гра­ дуирована в единицах измеряемой величины. В этом слу­

делить сопротивление можно по силе тока и напряже­ нию, используя закон Ома.

Методы сравнения разделяются на три группы: нуле­ вые методы, дифференциальные методы и методы совпа­ дения. Эти методы также могут быть прямыми и косвен­ ными. Наибольшее распространение получили нулевые методы и методы совпадения.

Сущность нулевых методов заключается в том, что действие, производимое измеряемой величиной, уравно­ вешивается действием известной величины, благодаря чему при равновесии исчезает то или иное явление. От­ сутствие тока или напряжения очень точно можно уста­ новить с помощью гальванометров. В качестве приборов сравнения при нулевом методе применяются, как прави­ ло, уравновешенные мосты.

303

Дифференциальные методы характеризуются сравне­ нием измеряемой величины с мерой или известной вели­ чиной, а о значении измеряемой величины судят по раз­ ности одновременно производимых этими величинами эффектов. Для измерений дифференциальными метода­ ми применяются обычно неуравновешенные мосты.

стрелки прибора, которые возникают при очередном его включении в цепь измеряемой и в цепь известной вели­ чины. Такой метод широко применяется в практике не­ электрических измерений.

Естественно, что любые измерения производятся с некоторой погрешностью, которая является результатом наличия момента трения в подвижной системе прибора, несовершенства измерительного прибора и метода изме­ рения, а также индивидуальных качеств измеряющего.

Погрешностью называется разность между величи­ ной, измеряемой прибором, и истинным значением этой величины. Различают абсолютную и относительную по­ грешности измерения.

Величина абсолютной погрешности, взятая с обрат­ ным знаком, называется поправкой Ad=—ДЛ.

Отсюда действительное значение измеряемой вели­ чины будет

Относительной погрешностью измерения называется отношение абсолютной погрешности к действительному значению измеряемой величины, выраженное в процен­ тах, т. е.

(15.3)

Помимо относительной погрешности, служащей для оценки точности произведенного измерения, для измери­ тельных приборов устанавливается так называемая при-

304

веденная относительная погрешность прибора — это вы­ раженное в процентах отношение абсолютной погрешно­

стоянные по величине или изменяющиеся по определен­ ному закону в зависимости от изменения каких-либо факторов; они могут быть методическими, связанными с неточностью самого метода измерения; инструменталь­ ными, связанными с конструктивными недостатками при­ бора; погрешностями установки прибора, связанными с неправильной установкой прибора или неточной установ­ кой стрелки на нуль; субъективными, связанными с инди­ видуальными особенностями наблюдения при отсчете из­ меряемой величины;

в) случайные погрешности — погрешности, неопреде­ ленные по величине и природе, характер которых прояв­

ние— вольтметрами. Амперметры включаются в цепь по­ следовательно с приемниками электроэнергии, а вольт­ метры— параллельно (рис. 15.1, а) . Для измерения в цепях постоянного тока могут применяться магнитоэлек­ трические, электромагнитные и электродинамические

менного тока можно использовать приборы любой систе­ мы, кроме магнитоэлектрической. Однако в цепях про­ мышленной частоты целесообразно использовать элек­ тромагнитные и электродинамические приборы.

Для расширения пределов измерения амперметров применяются так называемые шунты, благодаря кото­ рым в прибор ответвляется лишь часть измеряемой силы тока. Шунт представляет собой резистор, включаемый последовательно в цепь измеряемой силы тока, ампер­ метр же присоединяется параллельно шунту (рис. 15.1,6).

Шунты изготовляются обычно из манганина, обладаю­ щего очень малым температурным коэффициентом, бла­ годаря чему его сопротивление практически остается не­ изменным. По отношению к прибору шунты бывают-вну- тренние и наружные. Кроме того, в переносных ампер­ метрах часто применяются многопредельные шунты.

Сопротивление шунта можно определить исходя из того, что силы токов в параллельных ветвях распределя­ ются обратно пропорционально их сопротивлениям:

предел измерения данного амперметра.

306

Для амперметров переменного тока роль шунта ча­ сто выполняют так называемые трансформаторы тока.

Для расширения пределов измерения вольтметров применяются добавочные резисторы, включаемые после­ довательно с вольтметром (рис. 15.1,0). Добавочные ре­ зисторы изготовляются из тонкой манганиновой прово­ локи в виде круглых или плоских катушек. Они бывают внутренние и внешние. Величину их сопротивления мож­ но определить по выражению

Помимо обычных амперметров и вольтметров, пред­ назначенных для технических, контрольных и лаборатор­ ных измерений, широкое применение находят перенос­ ные многопредельные амперметры, вольтметры и комби­ нированные приборы — вольтамперметры, ампервольт­ метры, милливольтмиллиамперметры и микроампервольт­ метры. Все эти приборы имеют внутренние многопре­ дельные шунты и добавочные резисторы, снабженные переключателями, что дает возможность использовать приборы на несколько пределов измерения. Многопре­ дельные приборы обычно имеют неименованную шкалу с делениями без указания сил токов и напряжений, при­ ходящихся на деления шкалы.

§ 15.3. ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ ТОКОВ

Методы измерения мощности постоянного и перемен­ ного токов не совсем одинаковы. Поэтому рассмотрим

эти методы раздельно.

потребляют энергию и этим вносят систематическую по­ грешность измерения. Измерения мощности в таких слу­ чаях сводится к перемножению показаний приборов.

Мощность постоянного тока может быть также изме­ рена непосредственно с помощью электродинамического ваттметра (рис. 15.3). В этом случае так же, как и при измерении мощности амперметром и вольтметром, имеет­ ся систематическая погрешность измерения. Это необ­ ходимо учитывать при измерении малых мощностей.

Отметим, что переносные электродинамические ватт­ метры, как правило, изготовляются на несколько преде­ лов силы тока и напряжения и снабжаются неименован­ ными шкалами. Поэтому по шкале отсчитывают не вели­ чину мощности, а число делений. Для определения вели­ чины мощности без учета поправок прибора необходи­ мо число делений, указываемое стрелкой, умножить на постоянную прибора. Последняя определяется формулой:

(15.7)

308

Полная мощность однофазного переменного тока из­ меряется с помощью амперметра и вольтметра, а актив­ ная мощность, равная P = iV/coscp, — с помощью ватт­ метров. При чисто активной нагрузке, т. е. при cos(p=l, активная мощность может быть также^ измерена с по­ мощью амперметра и вольтметра. Схемы включения при­ боров при этом не отличаются от изображенных на рис. 15.2 и 15.3 для измерений мощности в цепях посто­ янного тока. Для измерения активной мощности в цепях переменного тока могут быть использованы также ферродинамические и индукционные ваттметры.

и может быть измерена косвенным методом, т. е. с по­ мощью амперметра и вольтметра.

Активная мощность трехфазного тока независимо от характера нагрузки и схемы соединения системы опреде­ ляется формулой

Р = с/іф/іфС08 91 + с / 2 ф/ 2 фС03ф 2 + с/з ф /3 фС08<р3 . (15.9)

При равномерной нагрузке фаз эту мощность можно измерить с помощью одного ваттметра, а при неравно­ мерной нагрузке — методом двух или трех ваттметров.

309