6.2. Классификация измерительных приборов. Общие свойства электромеханических измерительных приборов.

В соответствии с методами измерения электроизмерительные приборы делятся на приборы сравнения и приборы непосредственной оценки.

В приборах сравнения мера используется в процессе измерения, а в приборах непосредственной оценки – при градуировке прибора на заводе-изготовителе.

Наиболее широкое распространение в практике цеховых измерений получили приборы непосредственной оценки. По принципу действия приборы непосредственной оценки делятся на электромеханические, электротепловые, электроннолучевые и цифровые. В практике электрических измерений чаще других используются электромеханические приборы, которые могут измерять все основные электрические величины: напряжение, ток, сопротивление, мощность.

Электромеханические показывающие приборы непосредственной оценки состоят из измерительной цепи, измерительного механизма и отсчетного устройства.

Измерительная цепь является преобразователем измеряемой величины Хв промежуточную величинуY, функционально связанную сХ. ВеличинаYнепосредственно воздействует на измерительный механизм. В приборах электромеханической группы измеряемая электрическая величина, например ток, преобразуется в магнитное поле, в котором накапливается электромагнитная энергияW_э, которое и воздействует на измерительный механизм.

Измерительный механизм преобразует электромагнитную энергию измерительной цепи в механическую энергию, необходимую для углового перемещения его подвижной части. Величина вращающего момента М_вризмерительного механизма является функцией измеряемой электрической величины, а следовательно, и функцией энергии образующегося электромагнитного поля и углового перемещения подвижной части прибора. Она определяется скоростью изменения энергии электромагнитного поляW_эпо угловому перемещениюαподвижной части измерительного механизма.

.

Чтобы эта функция была однозначна, навстречу вращающему моменту действует противодействующий момент М_пр, создаваемый спиральными пружинами и пропорциональный углу закручивания пружин:

Мпр=mα,

uдеm– удельный противодействующий момент.

При равенстве вращающего и противодействующего моментов перемещение подвижной части измерительного механизма прекращается и тогда:

.

(6.8)

Уравнение 6.8 называется уравнением шкалы прибора.

Вид уравнения шкалы для каждой конкретной системы прибора будет зависеть от вида производной .

Отсчетное устройство состоит из указателя, жестко связанного с подвижной частью измерительного механизма и неподвижной шкалы. По показаниям шкалы прибора определяется значение измеряемой величины.

Значение измеряемой величины равно произведению числа делений, указанных указателем (стрелкой), на постоянную прибора (цена деления).

Постоянная прибора или цена деления равна отношению изменения измеряемой величины к изменению углового перемещения указателя. Практически, постоянная прибора определяется как частное от деления диапазона измерения прибора на число делений шкалы.

Величина обратная постоянной прибора, называется чувствительностью. Наименьшее значение измеряемой величины, способное вызвать отклонение подвижной части, называется порогом чувствительности.

При включении прибора в цепь измерения он потребляет из нее энергию для своей работы, режим работы цепи при этом изменяется и вследствие этого измеренное значение физической величины, будет отличаться от действительного.

Например, при включении в цепь амперметра, измеренное значение тока будет несколько меньше действительного, вследствие увеличения сопротивления цепи на величину сопротивления амперметра. Погрешность измерения тока растет с увеличением сопротивления прибора. Если сопротивление амперметра соизмеримо с сопротивлением цепи, в которую он включен, погрешность может достигнуть значительных величин, при которых результат измерения нельзя считать достоверным. При измерении тока следует помнить, что сопротивление амперметра должно быть меньше сопротивления цепи измерения не менее чем на три порядка. В этом случае возмущающим действием прибора на цепь измерения можно пренебречь. Так как мощности, поглощаемые в приемнике и амперметре пропорциональны сопротивлениям, то погрешность измерения тока будет тем меньше, чем меньше мощность, потребляемая амперметром из цепи измерения.

Включение в цепь вольтметра также оказывает возмущающее действие на ее работу, поэтому измеренное значение напряжения U_xбудет отличаться от действительногоU_a. В отличие от измерения тока, погрешность измерения напряжения уменьшается с увеличением сопротивления вольтметра. Сопротивление вольтметра должно быть больше сопротивления участка цепи, параллельно которому он включается, не менее чем на три порядка. В этом случае измеренное значение напряжения будет близко к действительному. Так как мощности потребляемые приемником и вольтметром обратно пропорциональны их сопротивлениям, то погрешность измерения напряжения будет тем меньше, чем меньше мощность, потребляемая вольтметром.