Лекции

Устройство и схема включения индукционного счетчика приведена на рисунке 6.20, где 1 – трехстержневой магнитопровод с обмоткой напряжения; 2 – счетный механизм; 3 – алюминиевый диск, укрепленный на оси; 4 – постоянный магнит для создания тормозного момента; 5 – П-образный магнитопровод с токовой обмоткой.

U

z

Рис. 6.20

Показано, что вращающий момент в такой схеме пропорционален мощности переменного тока:

M K U I cos ,

где K – постоянный коэффициент.

Тормозной момент в результате взаимодействия поля постоянного магнита и вихревых токов диска пропорционален частоте вращения диска:

d MT K1 dt ,

где K1 – постоянный коэффициент;

d – частота вращения диска ( – угол поворота). dt

Так как стабилизация скорости вращения наступает в момент равенства вращающего и тормозного моментов, то, приравняв M MT , выразим d dt:

d K U I cos . dt K1

ные трансформаторы постоянного тока, различного рода выпрямители, преобразователи измеряемой величины одной физической природы в величину другой физической природы (термопары, биметаллические, пьезоэлектрические преобразователи и т.д.) Это все самостоятельная обширная область изучения.

6.6.АНАЛОГОВЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

Электронные аналоговые приборы и преобразователи – это средства измерений, в которых преобразование сигналов измерительной информации осуществляется с помощью аналоговых электронных устройств. Выходной сигнал таких средств является непрерывной функцией измеряемой величины.

Электронные приборы и преобразователи применяют для измерения практически всех электрических величин: напряжения, тока, частоты, мощности, сопротивления и т.д. Электронные приборы на фоне электромеханических обладают большей чувствительностью, более широким диапазоном измерений, малой потребляемой мощностью, широким частотным диапазоном, высоким быстродействием и т.д. В настоящее время широкое распространение получили такие приборы, как электронные вольтметры, омметры, приборы для измерения частоты и фазы, мощности и энергии, электронно-лучевые осциллографы и т.д.

Электронные измерительные преобразователи имеют, как правило, унифицированный выходной сигнал в виде напряжения постоянного тока (0–10) В или постоянного тока (0–5) мА. Они широко используются в измерительных информационных системах.

Ниже будут рассмотрены принципы действия наиболее распространенных приборов, а также примеры построения электронных измерительных преобразователей некоторых электрических величин в постоянное напряжение или ток.

6.6.1.Электронные вольтметры

Вобщем случае в электронных вольтметрах напряжение преобразуется в постоянный ток, подаваемый затем на магнитоэлек-

б)

Рис. 6.23

Эти вольтметры чувствительны к полярности входного сигнала. Среднее значение напряжения Uвых пропорционально напряже-

нию Uср K Uх. У микровольтметра В2-25 К=3,33 105, т.е. он обладает чувствительностью в единицы микровольт.

Электронные вольтметры переменного тока состоят (рис. 6.24) из преобразователя переменного напряжения в постоянное Пр, усилителя УПТ и магнитоэлектрического исполнительного механизма. Они работают в широком частотном диапазоне (от десятков герц до 103 МГц в зависимости от инерционных свойств Пр).

Конструктивно преобразователи выполняют в виде выносных узлов-пробников. Чувствительность здесь невысокая, верхний предел измерений единицы, десятки милливольт из-за недостатков, присущих УПТ. Для повышения чувствительности иногда прибегают к предварительному усилению, но при этом обычно сужается частотный диапазон измерений.

В зависимости от вида преобразователя (Пр) отклонение указателя измерительного механизма может быть пропорциональным амплитудному (пиковому), среднему (средневыпрямленному) или действующему значениям измеряемого напряжения. Соответственно и вольтметры называются вольтметрами амплитудного,

286

среднего или действующего значений. Однако градуировка шкалы производится в действующих значениях напряжения синусоидальной формы.

Вольтметры амплитудного значения принципиальной особенностью имеют то, что в качестве преобразователя используют пиковые детекторы, т.е. выпрямители с очень малой постоянной заряда и большой постоянной разряда:

Если детектор с открытым входом, то он пропускает постоянную составляющую входного сигнала, если с закрытым (емкость на входе), то не пропускает, тогда среднее значение напряжения практически равно Um, т.е. KV Umax .

Так как градуировка шкалы произведена в действующих значениях напряжения, то для определения амплитудного значения

где Kас=1,41 – коэффициент амплитуды синусоиды; Uпр – значение напряжения, считанного по шкале.

Вольтметры среднего значения имеют преобразователи переменного напряжения в постоянное, аналогичные обычным выпрямителям без фильтров. Чаще на входе они имеют усилитель переменного тока, а затем уже идет преобразователь и все остальное. Эта мера повышает чувствительность вольтметров. Угол отклонения подвижной части измерительного механизма в этом случае пропорционален средневыпрямленному значению измеряемого напряжения:

Шкала же градуируется в действующих значениях. Поэтому для нахождения среднего значения

где Kф – коэффициент формы измеряемого напряжения – неси-

нусоиды (пример: В3-41).

Вольтметры действующего значения имеют преобразователь переменного напряжения с квадратической статической характеристикой Uвых К Uвх2 (электронные лампы, термопреобразователи).

Если вольтметр выполнен по схеме рисунка 6.24, то вне зависимости от формы кривой измеряемого напряжения отклонение указателя ИМ пропорционально квадрату действующего значения измеряемого напряжения:

т.е. он имеет квадратичную шкалу.

Есть вольтметры с равномерной шкалой, использующих два квадратических преобразователя (пример: В3-40).

Универсальные вольтметры предназначены для измерения постоянного и переменного напряжения, а в комбинированных еще и сопротивления Rх. С помощью переключателя режимов изменяется вид преобразователя на входе УПТ. При измерении сопротивления на входе используется преобразователь ПрR, выходное напряжение которого Uвых f (RX ), шкала градуируется в единицах сопротивления (пример: универсальный вольтметр В7-26).

Импульсные вольтметры служат для измерения амплитуды импульсных сигналов различной формы. Длительность импульсов от 10 100 нс и скважность T / 109. Они градуируются в амплитудных значениях напряжения. На входе таких вольтметров

нее значение напряжения этих импульсов оказывается пропорциональным фазовому сдвигу:

где – длительность прямоугольных импульсов;

T– период импульсов;

х – фазовый сдвиг, соответствующий .

6.6.3. Электронные аналоговые приборы для измерения мощности и энергии

Электронные ваттметры обычно строятся на основе измерительного преобразователя мощности в напряжение, на выходе которого устанавливается магнитоэлектрический измерительный механизм.

Сейчас выпускаются измерительные преобразователи активной, реактивной и полной мощности переменного тока, предназначенные для работы как в однофазных, так и в трехфазных цепях. Принципы их построения во многом схожи.

Необходимым элементом измерительного преобразователя активной мощности (ваттметра) является устройство перемноже-

1 T

ния величин u и i, т.к. P u i dt. Множительные устройства

T 0

(МУ) делят на параметрические и модуляционные. Параметрические МУ используются с прямым и косвенным

перемножением. Пример прямого перемножения дает преобразователь, схема которого показана на рисунке 6.25, где Rу – резистор,

управляемый током i, т.е. Rу k i (полевой транзистор), УУ – уст-

ройство усреднения.