Работа N 207

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ И ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ГАЛЬВАНОМЕТРА МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

1. Теоретическая часть

КЛАССИФИКАЦИЯ И ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

Все электроизмерительные приборы классифицируются по следующим основным признакам:

а) по роду измеряемой величины (амперметры, вольтметры, омметры, ваттметры и др.);

б) по роду тока (приборы постоянного тока, переменного тока и приборы постоянного и переменного тока);

в) по принципу действия (магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, индукционные, тепловые, электростатические и др.);

г) по классу точности (0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0 классов).

На шкале прибора, с помощью условных обозначений указывается принцип действия прибора, род тока (постоянный или переменный), установка прибора (вертикально или горизонтально), пробивное напряжение изоляции, класс точности.

Чувствительность и цена деления прибора. Одной из основных характеристик (параметров) электроизмерительного прибора является его чувствительность S , равная отношению углового или линейного перемещения указателя прибора к изменению измеряемой величины, вызвавшей это перемещение, т.е, S= , где dα- угловое перемещение, а dx - приращение измеряемой величины.

В зависимости от характера измеряемой величины различают чувствительность к току, чувствительность к напряжению и т.д.

Величина С=1/S, обратная чувствительности, называется постоянной прибора (или ценой деления) и выражает числе единиц измеряемой величины, приходящееся на одно деление шкалы. Цена деления прибора зависит от верхнего и нижнего пределов измерения прибора и от числа делений шкалы. Например, на. Рис.1 показана шкала прибора, рассчитанного на измерение постоянного тока в пределах от 0 до 300 мА, которая имеет 60 делений. Цена деления С такого прибора • С == =•300 мА/60 дел. == 5 мА/дел., чувствительность S =1/c == 0,2 дел/мА

Оценка погрешностей электрических измерений

Абсолютная погрешность измерений, производимых электроизмерительными приборами, оценивается исходя из класса точности прибора. Обозначение класса точности 0,2; 0,5; 1,0 и т.д. указывает, что погрешность показаний прибора соответствующего класса в любом месте шкалы не должна превышать 0,2%, 0,5%; 1% и т.д. Если обозначим через А максимально возможное показание прибора, а через n - номер класса прибора, то получим абсолютную погрешность прибора: ∆А =Аn. Например, вольтметр 0,2 класса (n == 0,002), шкала которого рассчитана на 50 В, имеет абсолютную погрешность ∆U =0,00250 В == 0,1 В. Абсолютная погрешность амперметра класса 1,5 со шкалой на 5 А равна ∆ = 0,0155 A = 0,075 А.

Относительная погрешность =(∆А/А)100% будет тем больше, чем меньше измеряемая величина. При точных измерениях следует пользоваться такими приборами, чтобы предполагаемое значение измеряемой величины составляло 70-80% от максимального значения

Щунт и добавочное сопротивление

Для того, чтобы амперметром, рассчитанным на измерение малых токов, можно было измерять большие токи, применяют разветвление измеряемого тока I, с помощью подключения сопротивления R_ш паралельно амперметру, на токи I_ш и I_а (рис. 2). Сопротивление, подключаемое параллельно амперметру и служащее для расширения пределов измерения силы тока, называется щунтом. Ток, подлежащий измерению, связан с током I_а, непосредственно проходящим через амперметр, соотношением I =I_а = I_а ∙ n , где n = - коэффициент шунтирования.

Для того, чтобы расширить предел измерения напряжений вольтметром, пользуются добавочным сопротивлением, которое присоединяют последовательно к вольтметру (рис.3). При последовательном соединении проводников напряжения прямо пропорциональны сопротивлениям, т.е.

или

где U – величина измеряемого напряжения, равная U=U_g+U_v , откуда R_g=R_v(n-1), где n=U/U_v – число, показывающее, во сколько раз увеличен предел измерений напряжения вольтметром.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И КРАТКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРИБОРОВ

МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СИСТЕМ

Магнитоэлектрический прибор. Работа приборов магнитоэлектрической системы основана на принципе взаимодействия катушки с током и поля постоянного магнита. На рис. 4 показано устройство приборов этой системы. Подковообразный магнит I, изготовленный из жесткой стали, создает сильное магнитное поле. К концам магнита привернуты полюсные наконечники N и S из мягкой стали. Между полюсными наконечниками неподвижно укреплен железный цилиндр 2, служащий для уменьшения сопротивления магнитной цепи. Кроме того, цилиндр 2 играет и. другую роль. Магнитные линии выходят из полюсных наконечников, и в силу того, что магнитная проницаемость железа значительно больше, чем у воздуха, радиально входят в цилиндр, образуя в воздушном зазоре практически однородное магнитное поле. Цилиндр охватывает алюминиевая рамка 3 с намотанной на ней катушкой, .выполненной из изолированной медной проволоки. Рамка укреплена на двух полуосях, на одной из которых находится стрелка 4, двигающаяся вдоль шкалы 5 при повороте рамки. Противодействующий момент создается двумя плоскими спиральными пружинами 6, которые одновременно служат для подвода тока к обмотке прибора. При пропускании тока по виткам катушки (обмотки) он взаимодействует с магнитным полем магнита, в результате чего возникает пара сил Ампера. Под действием этой пары сил рамка с катушкой будет поворачиваться до тех пор, пока вращающий момент М_вр пары сил не уравновесится противодействующим моментом М_пр, создаваемым упругостью закрученных пружин. Рамка будет неподвижна при М_вр=М_пр ; М_вр=С₁I, где С₁ – постоянная, зависящая от размеров рамки, числа витков ее обмотки и вектора магнитной индукции магнитного поля, М_пр=с₂ с₂ - модуль кручения пружин, - угол закручивания пружин (угол поворота рамки). Следовательно, с₁ I=c₂ ,

= I=АI , т.е. угол поворота рамки с током прямо пропорционален измеряемому току. Это обеспечивает равномерность шкалы прибора.

Магнитоэлектрические приборы являются наиболее чувствительными и точными из всех существующих приборов с непосредственным отсчетом. Основным недостатком приборов этой системы является использование их только для измерений в цепях постоянного тока.

Электромагнитный прибор. Принцип действия прибора основан на взаимодействии магнитного поля катушки I (рис.5), по которой протекает измеряемый ток, с железным сердечником 2, являющимся подвижной частью прибора. Железный сердечник закреплен эксцентрично на оси 5 и может входить в щель катушки, поворачиваясь вокруг оси. Под действием магнитного поля катушки сердечник, стремясь рас­положиться так, чтобы его пересекало возможно больше силовых линий, втягивается в катушку по мере увеличения в ней силы тока. Противодействующий момент создается спиральной пружиной 4 . Электромагнит­ный прибор снабжен воздушным успокоителем, представляющим собой ка­меру 3, в которой перемещается алюминиевый поршень 6 (демпфер). При повороте сердечника поршень встречает сопротивление воздуха, вследствие чего колебания подвижной системы прибора затухают. Изменение величины тока в катушке вызывает непропорциональное изменение угла поворота стрелки, поскольку вращающий момент, действующий на

Рис.5

подвижную систему, зависят от квадрата силы тока (М_вр ~ I²).

Прибор электромагнитной системы универсален - он пригоден для измерений в цепях переменного и постоянного тока.