Лекция №1 Общие сведения о метрологии и стандартизации 7 Лекция №2 Измерение напряжения и тока 42

Правила и примеры обозначения классов точности СИ представлены в табл. 1.5.

Лекция № 2

1. 
   Принципы построения аналоговых вольтметров и амперметров. Цифровые вольтметры;
   
2. 
   Широкополосные и избирательные измерители уровней;
   

1. 
   Принципы построения аналоговых вольтметров и амперметров. Цифровые вольтметры.
   

Измерения напряжения и силы тока в электрических цепях относятся к наиболее распространенным видам измерений При этом преобладающее значение имеет измерение напряжения, так как чаще всего этой величиной принято характеризовать режимы работы различных радиотехнических цепей м устройств. К тому же параллельный метод подключения вольтметра к участку цепи, как правило, не приводит к нарушению электрических процессов в ней, поскольку входное сопротивление прибора выбирается достаточно большим, в отличие от измерения тока. Однако в ряде случаев необходимы или прямые или косвенные измерения силы тока, поэтому вопросы измерения напряжения и силы тока рассматриваются согласно учебному плану совместно.

Однако измерения напряжения и силы тока в радиотехнических цепях существенно отличаются от подобных измерений в электротехнических цепях, что обосновывается спецификой радиотехнических сигналов.

Напряжение и силу тока измеряют приборами непосредственной оценки или приборами, использующими метод сравнения (компенсаторами). По структурному построению всевозможные приборы, измеряющие напряжение и силу тока, условно можно разделить на три основных типа:

• 
  Электромеханические;
  
• 
  Электронные аналоговые;
  
• 
  Цифровые.
  

По принципу действия электромеханические измерительные механизмы и приборы делят на следующие системы:

1. 
   Магнитоэлектрическую (более подробно будет рассмотрена далее);
   
2. 
   ферродинамическую, основанную на взаимодействии рамки, обтекаемой током, с полем электромагнита;
   
3. 
   электродинамическую, использующую силы взаимодействия между подвижной и неподвижной катушками, обтекаемыми током;
   
4. 
   электромагнитную, основанную на взаимодействии ферромагнитного сердечника с неподвижной катушкой, обтекаемой током;
   
5. 
   электростатическую, использующую силы электрического взаимодействия между подвижными и неподвижными электродами;
   
6. 
   индукционную, основанную на взаимодействии переменных магнитных полей, создаваемых неподвижными катушками, с токами, индуцированными этими полями в подвижной части механизма;
   
7. 
   редко используемые: магнитоиндукционная, вибрационная и тепловая система.
   

Наиболее часто в аналоговых электроизмерительных и электронных приборах используется магнитоэлектрический измерительный механизм. Конструкция прибора магнитоэлектрической системы показана на рис. 2.1.

Между полюсами постоянного магнита 1 расположены по­люсные наконечники 2 с цилиндрической расточкой. Магнитное поле замыкается через сердечник 3 цилиндрической формы, выполненный из магнитомягкого материала и укрепленный неподвижно с помощью латунной накладки 5. В кольцевом зазоре между наконечниками и сердечником создается равномерное магнитное поле. В этом же зазоре расположена подвижная катушка (рамка 4), выполненная из изолиро­ванной медной проволоки. Проволока либо навивается на алюминие­вый каркас, либо скрепляется клеем. К рамке с двух сторон приклеи­ваются алюминиевые буксы для крепления растяжек или кернов. Стрелка 6 и вся подвижная часть механизма уравновешиваются гру­зиками 7, играющими роль противовеса.

Для регулировки магнитного поля в зазоре предусмотрен шунт 8, выполненный из магнитомягкого материала, по которому замыкается часть магнитного потока. Ток к рамке подводится по спиральным пру­жинам и растяжкам. Возникающий вращающий момент будет равен:
M=BswI , (2.1)
где В — магнитная индукция в зазоре;

s — площадь рамки;

w — число витков;

I — ток, протекающий по обмотке рамки.

Установившееся от­клонение подвижной части определяется равенством:

и называемый удельным противодействующим моментом (линейно зависит от ).

При М = - М_пр имеем BswI = . Откуда:
, (2.3)
где S_I — чувствительность механизма к току.

Из (2.3) следует, что угол отклонения пропорционален току, т. е. прибор имеет линейную шкалу. Успокоители в магнитоэлектрических приборах обычно магнитоиндукционного типа. Момент успокоения образуется за счет вихревых токов в алюминиевом каркасе рамки.

Магнитоэлектрические механизмы обычно работают на постоян­ном токе. Если колебание имеет синусоидальную форму, то среднее зна­чение вращающего момента равно нулю.

Принципы построения магнитоэлектрических приборов использу­ются в гальванометрах, предназ­наченных для измерения малых токов (до 10^-8 А) и напряжений (до 10^-6 В). Гальванометр не имеет градуированной шкалы и цена деления шкалы определяется при измерениях. Для получения высокой чувствительности подвижная часть гальванометра крепится на растяжках, что позволяет исключить трение.

Приборы магнитоэлектрической системы имеют высокую чувствительность. Это объясняется концентрацией магнитного поля магнита в узком зазоре, из-за чего индукция получается большой. Сильное магнитное поле делает слабым влияние внешних полей на показания прибора. При использовании магнитных экранов погрешность из-за внешних полей можно свести до десятых долей процента. Потребление тока от внешней цепи приборами магнитоэлектрической системы очень мало, что позволяет снизить потребляемую мощность до 10^-9 Вт.

Магнитоэлектрические приборы относятся к числу высокоточных приборов с классом точности 0,2; 0,1 и даже 0,05. К недостаткам приборов относятся чувствительность к перегрузкам (ток протекает по рамке из тонкого провода), и сложность системы.