dircurrent1

Ä

Ï

К недостаткам приборов этой системы относится возможнос ть измерения только в цепи постоянного тока, чувствительнос ть к перегрузкам.

Электромагнитные системы

Приборы электромагнитной системы предназначаются для и змерения силы тока и напряжения в цепи переменного и постоян ного токов. Принцип действия приборов электромагнитные систе мы основаны на взаимодействии магнитного поля катушки А, по ко торой протекает измеряемый ток и железного сердечника В, яв ляющегося подъемной части (рис. 2). Железный сердечник В особой фо р- мы с отверстиями закреплен эксцентрично на оси и может вх одить в щель катушки, поворачиваясь вокруг оси О. Под действием ма гнитного поля катушки, сердечник, стремясь расположиться так, чтобы его пересекало возможно больше силовых линий, втягиваетс я в катушку по мере увеличения в ней силы тока. Противодействую щий момент создается пружиной К. Приборы электромагнитной си стемы снабжаются воздушным успокоителем, представляющим со бой камеру Д, в которой перемещается алюминиевый поршень (демпфер). При повороте сердечника поршень встречает сопротив ление воздуха, вследствие чего колебания подвижной части быстр о затухают. Магнитное поле катушки пропорционально току, намагн и- чивание железного сердечника тоже увеличивается с увели чением

61

тока. Поэтому можно приближенно считать, что в электромаг нитном приборе вращающий момент пропорционален квадрату то ка М1 = R1J2, ãäå R1 — коэффициент пропорциональности зависящий от конструкции прибора, противодействующий момент М2, создаваемы пружиной К, пропорционален углу поворота подвижной части прибора, R2 — коэффициент пропорциональности, зависящий от упругих свойств пружины.

Ì2 = R2 Чa. Равновесие подвижной части прибора определяется равенством моментов действующих на нее в противоположны х на-

ние показывает, что шкала электромагнитного прибора нера вномерная, квадратичная. С изменением направления тока меняется как направление магнитного поля, так и полярность намагничиван ия сердечника. Поэтому приборы электромагнитной системы приме няются для измерения, как на постоянном, так и на переменном ток е низких частот. Достоинствами приборов электромагнитной сис темы являются возможность измерения как постоянного, так и перем енного тока, простота конструкции, механическая прочность, вы носливость в отношении нагрузок. К недостаткам приборов этой с истемы относятся: неравномерность шкалы, меньшая постоянность, ч ем в магнитоэлектрических приборах, зависимость показания о т внешних полей.

2. Приборы в электродинамической системе имеют следующие устройства. В неподвижной катушке Н, состоящей из двух час тей помещается подвижная катушка П. Катушка прикреплена на ос и, на которую насажаны указательная стрелка и кральчатка во здушного успокоителя. Ток в катушке Н проводится по спиральны м пружинам, как в приборе магнитоэлектрической системы. При пр охождении токов по обеим катушкам возникает силовое воздейст вие между катушками. На катушку П воздействует вращающий момент, который пропорционален произведению токов, текущих по кату шкам. Приборы электродинамической системы используются в кач естве вольтметров, амперметров, ваттметров.

В зависимости от назначения, катушки электродинамически х приборов соединяют различно.

62

На рис. 4а и 46 показано соединение катушек электродинамичес - кого амперметра. В обоих случаях шкала прибора квадратичн а, т.е. угол поворота стрелки пропорционален квадрату измеряем ого тока.

Ðèñ. 4 à.

На рис. 5 представлены схемы соединения катушек вольтметр а. В этом случае шкала также квадратична. Наконец, на рис.6 изобр ажена схема включения в цепь электродинамического ваттметра. Ток JÍ и катушка Н — есть ток в цепи потребления, ток через П – JÍ пропорционален напряжению на потребителе U. Угол поворота стрелки a ~ JH × JÏ ~ J Ч U. Мощность, выделенная в цепи W = J Ч U, следовательно, a ~ W и шкала ваттметра будет равномерна.

R

V

À

4. В приборах тепловой системы используется удлинение про - водника при нагревании его током. Главной частью прибора является платиноиридиевая проволока АВ (рис. 7), которая при про хож-

63

дении по ней тока удлиняется. Удлинение проволоки с помощ ью тонкой бронзовой проволочки, блочка, шелковой нити (схват ывает собой блочек) и пружины П используются для поворота указа тельной стрелки. Шкала этого прибора квадратичная. Приборы этой с истемы применяются для измерений в цепях переменного и постоя нного тока.

À Ñ

Å

Î d

d

Рис. 7 5. Во всех рассмотренных выше системах отклонение стрелки за-

висит от силы тока, проходящего через прибор. Если прибор в клю- чить в цепь последовательно, то через него будет идти тот ж е, что и по всей цепи. Такой прибор, проградуированный в единицах с илы тока, будет служить амперметром.

В приборе, присоединенном параллельно участку цепи, ток

Jïðèá = V

Rïðèá

где R — приб. составление обмоток прибора

V — напряжение на клеммах прибора, равное напряжению на участке цепи.

В этом случае показания приборов будут зависеть от напряж ения на данном участке цепи, и его можно использовать для измер ения

64

этого напряжения.

Включение прибора в цепь не должно влиять на ее работу, при - бор должен потреблять незначительную долю всей расходуе мой в цепи мощности. Мощность, расходуемая амперметром:

Wa = Rïðèá ×J2.

Мала она будет при малом Rïðèá.

большом Rïðèá.

Для уменьшения сопротивления амперметра к нему присоеди няют параллельно сопротивление R — шунт. К вольтметру присоединяют последовательное добавочное сопротивление (рис. 6б).

Шунты и добавочные сопротивления можно использовать для расширения пределов измерений приборов так, чтобы увелич ить верхний предел измерений амперметра n раз нужно к нему шунт, сопротивление которого.

R= Rïðèá

øn −1

Включением добавочного сопротивления Räîá = Rïðèá(n – 1) к вольтметру, предел измерения вольтметра увеличится в n раз.

6. Проградуировать какой либо прибор — это значит установи ть соответствие между делениями его шкалы и значениями вели чины отсчитываемой по этой шкале.

Проградуировать амперметр и вольтметр можно различными методами. Один из методов градуирования вольтметра заклю чается в получении определенного напряжения с делителя, соеди ненного с известным источником электродвижущей силы. В данной схеме делитель напряжения выполнен в виде магазина сопротивле ний. Из схемы видно, что на участке делителя АВ (рис. 9), параллельно которому включен вольтметр, падение напряжения будет соста влять некоторую долю батареи, замкнутой на делитель. Для градуи рования вольтметра нужно знать величину и ее долю, снимаемую н а вольтметре. Сопротивление вольтметра достаточно велико по ср авнению с сопротивлением делителя, поэтому через вольтметр идет м алый

65

ток и он может существенно изменить сопротивление участк а АВ. В таком случае по закону Ома (если мы пренебрегаем разветвл ением тока на участке АВ)

Ðèñ. 9.

В нашей задаче мы градуируем амперметр и вольтметр при по - мощи эталонных приборов, показания которых мы считаем абс о- лютно точными. Соединяя приборы по приложенным схемам, оп ределяют цену каждого деления градуированного прибора по п оказаниям эталона.

Для измерения силы тока или напряжения служит ползунковы й реостат, который при градуировании вольтметра включаетс я так.

Все отсчеты рекомендуется записывать в следующей таблиц е

Результаты наблюдения графически на миллиметровой бума ге, откладывая по оси абсцисс показания эталонного прибора, а на оси ординат — градуированного. Полученные точки соединяют не прерывной кривой. Эта кривая с достаточной точностью дает во зможность определить силу тока, или напряжения для любого про межуточного отклонения. В случае градуирования амперметра пе ременного тока рекомендуется, кроме того, учитывать ошибки сам ого эталона по приложенному паспорту.

При сдаче результатов работы необходимо знать конструкц ию и условные обозначения следующих типов измерительных при боров,

66

магнитоэлектрических, электромагнитных, электродинамич еских, индукционных, тепловых, а так же методы измерения путем шу нтов и добавочных сопротивлений.

Vø (äåë)

Литература

Электротехнические измерения. Под ред. Фремке. Касаткин. Электротехника.

Свирский. Электротехника.

67

Лабораторная работа ¹ 10

Изучение работы электронного осциллографа

Приборы и принадлежности

1.Осциллограф Ý0-7

2.Звуковой генератор ÃÇ-36

3.Лабораторный трансформатор (латр) ÂÑ-24

1. Назначение и устройство электронного осциллографа

В лабораторной и исследовательской практике широко прим еняются различные виды электронных осциллографов. Электрон ные осциллографы относятся к типу универсальных электроизм ерительных приборов, предназначенных для исследования переменн ых электрических процессов длительностью от 10-10 äî 10-8 секунды. К достоинствам осциллографа как измерительного прибора след ует отнести его высокую чувствительность и безинерционность д ействия, а также возможность визуального наблюдения за развитием электрических процессов во времени.

Блок усиления по вертикали

Ðèñ. 1.

Электронные осциллографы являются сложными радиотехнич ескими устройствами, конструкция определяется целями и пар аметрами электрических измерений. Однако, в схеме осциллограф а можно

68

выделить основные, присущие большинству типов осциллогр афов, узлы и блоки. На рис. 1 приведена блок-схема электронного ос циллографа, часто встречающегося в лабораториях (марки Э0-7, «С Г- 1», «Э0-6»).

Схема принятия трубки с электрическим отклонением приве дена на рис. 2.

1

~

Рис. 2. Здесь: 1. Накал катода трубки

2.Катод

3.Управляющий электрод

4.1-ûé àíîä

5.2-é àíîä

6.Аквадаг — проводящий экран, расположенный в зоне свободного движения электронного луча. Основное название аквад ага — нейтрализация объемного отрицательного заряда.

7.Электро-люминисцентный экран.

Х и У — пластины соответственно горизонтального и вертика льного отклонения электронного луча.

Система электродов (1-5), позволяющая получить узкий пучок электронов, называется электронным прожектором или электронной пушкой. Электрод 3 выполнен в виде никелевого цилиндра с небольшим отверстием (диафрагмой) в донышке и расположен вокруг каталога. На управляющий электрод подается отрицател ьное относительно катода напряжение порядка нескольких десятк ов вольт. Электрическое поле между катодом и управляющим электрод ом осу-

69

ществляет предварительную фокусировку луча, отбрасывая электроны к оси трубки (рис. 3). В зависимости от величины отрицат ельного напряжения на управляющем электроде меняется число электронов, проходящих через диафрагму, т.е. плотность электрон ного луча. В свою очередь плотность электронного луча определя ет яркость свечения экрана трубки.

à

1 2 3

Здесь: а — силовые линии электрического поля между катодом и управляющим электродом

в — фокус вс — ось трубки.

Движение электронов от катода к экрану и дальнейшая фокус и- ровка в узкий пучок обеспечивается системой двух анодов, выполненных в виде полых металлических цилиндров.

Первый анод имеет меньший диаметр, чем второй, и снабжен большим количеством диафрагм. Чтобы получить достаточны е скорости движения электронов, на аноды подаются высокие поло жительные напряжения (на первый анод порядка нескольких со тен вольт, второй — порядка нескольких киловольт). Для уяснени я фокусирующего действия системы двух анодов посмотрим ри с. 4.

второй анод

первый анод

Элекрическое поле между первым и вторым диодом

70