I. Основные характеристики электроизмерительных

ПРИБОРОВ

КЛАСС ТОЧНОСТИ

Все измерительные электроприборы разделяются на 9 классов:

0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0.

Прецизионные приборы классов точности 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5 применяются для точных лабораторных изменений. В технике используются менее точные приборы классов точности 1,0; 1,5; 2,5; 4,0.

Принадлежность прибора к данному классу точности характеризуется значением приведенной погрешности. Приведенной погрешностью γ – называется отношение абсолютной погрешности прибора ∆ак предельному (наибольшему) значению измеряемой величиныа_Н

Она вычисляется по формуле:

, или по формуле .

Каждый класс прибора характеризуется наибольшей приведенной погрешностью, величина которой в процентах равна классу точности. Например, вольтметр класса точности 0,2 (γ= 0,2 %), шкала которого рассчитана на 50В(а_Н =U_H =50 В), при измерениях допускает максимальную абсолютную погрешность ∆а = ∆U, равную:

∆U = , (1)

а амперметр класса точности 1,5 (γ= 1,5 %) со шкалой, рассчитанной на 5А (а_Н=I_H =5 А), в измерениях силы тока может допустить максимальную погрешность:

∆I = . (2)

ПРЕДЕЛЫ ИЗМЕРЕНИЙ

Значение измеряемой величины, при котором стрелка прибора отклоняется до конца шкалы, называется пределом измеренияэтого прибора.

Электроизмерительные приборы могут иметь несколько пределов измерения, это так называемые многопредельные приборы. Необходимо помнить, что при измерениях таким прибором на различных его пределах цена деления шкалы будет различна, поэтому необходимо уметь определять цену деления.

Цена деленияприбора равна значению измеряемой величины, соответствующему одному делению его шкалы.

Пример: Амперметр имеет два предела измерений 15 и 30 А. Шкала имеет 150 делений. Для определения цены деления нужно предел измерений разделить на число деления шкалы. Цена деления для предела 15Аравна 15/150 = 0,1А/дел., для предела 30А– 30/150 = 0,2А/дел.

II. Системы электроизмерительных приборов

По принципу действия электроизмерительные приборы делятся на магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, ферродинамические и другие. Ниже приведены краткие сведения об устройстве и принципе действия этих приборов.

ПРИБОРЫ МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

Приборы магнитоэлектрической системы работают на принципе взаимодействия катушки с током и поля постоянного магнита. На рис. 1 показано устройство этой системы. Сильный постоянный подковообразный магнит 1, изготовленный из кобальтовой, вольфрамовой или никельалюминиевой стали, создает магнитное поле. К концам магнита приведены полюсные наконечники 2 из мягкой стали, имеющие цилиндрические выточки. Между полюсными наконечниками неподвижно укреплен стальной цилиндр 3, служащий для уменьшения сопротивления магнитной цепи.

К

Рис. 1. Схематическое устройство прибора магнитоэлектрической системы

роме того, цилиндр играет и другую роль. Магнитные линии выходят из полюсных наконечников и, в силу того, что магнитная проницаемость стали значительно больше, чем у воздуха, радиально входят в цилиндр, образуя в воздушном зазоре практически однородное магнитное поле. Такое же поле создается при выходе магнитных силовых линий из цилиндра.

Цилиндр охватывает легкая алюминиевая рамка 4 с намотанной на нее обмоткой (катушкой) 5, выполненной из изолированной медной проволоки. Рамка расположена на оси 6, лежащей в подпятниках 7. На оси крепится также алюминиевая стрелка 8.

Противодействующий момент создается двумя плоскими спиральными пружинами 9, служащими одновременно для подвода тока к обмотке прибора. Зажимы прибора выводятся наружу прибора и соединяются проводками со спиральными пружинами.

При пропускании тока по виткам обмотки в результате взаимодействия магнитного поля тока и магнитного поля подковообразного магнита возникает механическая сила, направление которой можно определить по «правилу левой руки». На другой стороне обмотки возникает такая же по величине сила, но противоположного направления. Образуется пара сил. Под действием этой пары сил катушка будет поворачиваться. Сила взаимодействия зависит от величины магнитной индукции В, силы токаJ, в катушке и активной длины катушки lи числа витковn катушки.

F = BJln

Колебания алюминиевой рамки с обмоткой в магнитном поле вызывают появление в рамке индукционного тока, который по правилу Ленца будет противодействовать этим колебаниям и тем самым успокаивать подвижную часть прибора. Неизменность индукции во всех точках воздушного зазора обеспечивает пропорциональность между током в обмотке и углом поворота подвижной части, вследствие чего шкала прибора равномерна.

Магнитоэлектрические приборы являются наиболее чувствительными и точными из всех существующих приборов с непосредственным отсчетом. Они изготавливаются как в виде лабораторных многопредельных приборов класса точности 0,05-0,5, так и в виде технических приборов класса 1-1,5.

Обладая большой точностью, высокой чувствительностью, равномерной шкалой, малым потреблением энергии (0,5-3 Вт), малым влиянием на них внешних магнитных полей, хорошим успокоением, магнитоэлектрические приборы нашли широкое применение в цепях постоянного тока в качестве амперметров, вольтметров, ваттметров, миллиамперметров, милливольтметров и т.д.

На рис. 2 представлен микроамперметр типа М 24. Это щитовой малогабаритный прибор магнитоэлектрической системы с непосредственным отсчетом, предназначенный для измерений малых величин постоянного тока.

Приборы М 24, обладая высокой чувствительностью и небольшим внутренним сопротивлением, получили широкое применение в качестве измерителей постоянного тока в лабо–раторной практике и радиотехнической аппаратуре.

Рис. 2. Внешний вид прибора типа М 24

ПРИБОРЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СИСТЕМЫ

Принцип работы приборов электромагнитной системы основан на взаимодействии магнитного поля измеряемого тока, протекающего по обмотке неподвижной катушки, с подвижным сердечником, помещенном в этом магнитном поле.

Р

Рис. 3. Схематическое устройство прибора электромагнитной системы

аспространение получили приборы с плоской катушкой и приборы с круглой катушкой. На рис. 3 показана схема устройства второй модели электромагнитного прибора, который состоит из круглой катушки 1 внутри которой, помещены два сердечника, подвижный 2, и неподвижный 3. На оси укреплены стрелки и грузики уравновешивания подвижной части системы. Когда по катушке 1 проходит ток, оба сердечника намагничиваются и силы отталкивания их одинаковых полюсов создают вращающий момент, поворачивающий сердечник 3 вместе со стрелкой на некоторый угол. Противодействующий момент создается специальной пружиной 4. Под действием этой пружины стрелка прибора возвращается к началу шкалы, когда через прибор перестает течь электрический ток. Успокоение колебаний стрелки осуществляется действием магнитоиндукционного успокоителя 5.

Приборы этой системы применяются для измерения переменного тока. Собственное потребление энергии невелико. Приборы просты по конструкции, устойчивы к перегрузкам, недорогие. Недостатки приборов: низкая точность (класс точности 1,0-2,5), чувствительность к внешним магнитным полям, неравномерность шкалы, непригодность для измерения малых токов и низких напряжений.

Для защиты приборов от влияния внешних магнитных полей применяют экранирование.

Н

Рис. 4. Внешний вид прибора типа АСТ

а рис. 4 представлен многопредельный вольтметр электромагнитной системы типа АСТ. Вольтметр этой системы предназначен для измерения как постоянного, так и переменного напряжения при частоте 50Гц. Амперметры измеряют как постоянный, так и переменный ток при той же частоте. Это переносимые лабораторные приборы. Они применяются для точных лабораторных измерений и в качестве контрольных приборов при градуировке и поверке приборов более низких классов точности.

Пределы измерения многопредельных вольтметров и амперметров обозначаются на корпусе приборов около переключателя П. Установка предела производится вращением переключателя так, чтобы белая точка, обозначенная у его основания, совпала с нужным пределом.

Каждый раз при перемене предела измерения необходимо определить цену 1 деления шкалы прибора и. соответственно, отсчитать его показания, как это было описано в разделе «Пределы измерения».

ПРИБОРЫ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКОЙ И ФЕРРОДИНАМИЧЕСКОЙ

СИСТЕМ

Действие приборов электродинамической системы основано на взаимодействии токов, текущих по подвижной и неподвижной катушкам. На рис. 5 показана схема устройства такого прибора.

Н

Рис. 5. Схематическое устройство прибора электродинамической системы

еподвижная катушка 1 состоит из двух разделенных небольшим зазором одинаковых частей, обмотки которых соединены последовательно. В зазоре расположена ось 3 подвижной части прибора, с которой скреплены подвижная катушка 2, стрелка, поршень воздушного успокоителя и две пружины 4, назначение которых создать противодействующий момент и подводить ток в подвижную катушку. В результате взаимодействия магнитных полей, созданных токами в подвижной и неподвижной катушках, возникает вращающий момент, пропорциональный произведению силы тока в этих катушках. Под действием вращающего момента катушка 2 и стрелка поворачиваются на некоторый угол.

Приборы электродинамической системы высокочувствительные и точные. Они предназначены для измерения силы тока, напряжения, мощности в цепях постоянного и переменного тока. Шкалы таких приборов равномерные. Основные недостатки приборов этой системы: чувствительность к перегрузкам, значительное влияние внешних магнитных полей.

У другой разновидности электродинамических приборов – ферродинамических – неподвижная катушка 1 имеет сердечник из магнитно-мягких материалов. Такие приборы менее подвержены влиянию внешних магнитных полей, меньше собственное потребление мощности.

На рис. 6 показан ваттметр электродинамической системы. Амперметры и вольтметры этой системы пригодны для измерения в цепях постоянного и переменного тока. Класс их достигает 0,1 и 0,2. Поэтому они получили распространение преимущественно в качестве образцовых для поверки приборов постоянного и переменного тока.

П

Рис. 6. Внешний вид прибора типа Д 57

риборы Д 57 конструктивно оформлены в прямоугольных корпусах. Подвижная часть прибора укреплена на кернах. Отсчет по шкале производится при помощи светового указателя. Питание осветительного прибора устройства производится через встроенный внутри корпуса трансформатор напряжением 11, 127 и 220 В.