Файл: методичка по метрологии 2012.pdf

-прямые;

-косвенные;

-совокупные;

-совместные.

Прямыми называют измерения, при которых искомое значение величины находят непосредственно по показаниям прибора (например, измерениетока амперметром, напряжения - вольтметром ит.д.).

Прямые измерения отличаются быстротой и удобством выполнения, поэтомуполучили широкоеприменение.

Косвенными называют измерения, при которых искомое значение величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, полученными в результате прямых измерений. Примером может служить определение электрического сопротивления по показаниям амперметраивольтметра.

Этот вид измерений требует дополнительных расчетов и используется в том случае, когда проведение прямых измерений с требуемой точностьюзатруднительно илиневозможно.

Совокупными называют производимые одновременно измерения нескольких одноименных величин, при которых значения величин находят решением системы уравнений, получаемых в результате прямых измерений различных сочетаний этих величин. Например, при определении взаимоиндукции катушек M используют два метода: сложения и вычитания полей. Если индуктивность катушекL1 иL2, то находят

=1+ 2+2 ;

=1+ 2 − 2 .

Решая систему двух уравнений, находят

=−

4

Совместными называют производимые одновременно измерения нескольких одноимённых величин для нахождения зависимости между ними. Например, измеряя одновременно температуру и сопротивление проводника можно определить зависимость сопротивления проводника от температуры.

По роду измеряемой величины приборы делятся на амперметры, вольтметры, частотомерыи др.

По принципу действия различают приборы магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, индукционные, электростатические, электронные и других систем.

Рассмотрим устройство и принцип действия магнитоэлектрического прибора, упрощенная конструкция которого показана на рисунке

2.1.

Рисунок 2.1 -Устройство магнитоэлектрического прибора

Работа механизмов магнитоэлектрической системы основана на взаимодействии магнитного потока постоянного магнита и тока, проходящего по катушке (рамке). Возникающий при этом вращающий момент отклоняет подвижную часть механизма относительно неподвижной. В зависимости от того, какой из указанных элементов (постоянный магнит или рамка) является подвижной частью, различают механизмы с подвижнойрамкойи с подвижным магнитом.

Магнитная цепь измерительного механизма с внешним магнитом (рисунок 2.1, а) состоит из сильного постоянного магнита 1, полюсных наконечников с цилиндрической расточкой 5 и цилиндрического сердечника 7. В воздушном зазоре между сердечником и полюсными наконечниками создается сильное, практически равномерное радиальное магнитноеполе.

Подвижная часть механизма представляет собой катушку (рамку) 4 прямоугольной формы из тонкого медного или алюминиевого провода, намотанного на алюминиевый каркас (либо без каркаса), которая может поворачиваться вокруг сердечника в магнитном иоле. К рамке с двух сторон приклеиваются алюминиевые буксы для закрепления растяжек или кернов. Стрелка 6 и циферблат со шкалой образуют отсчетноеустройство.

Измеряемый ток I подводится к обмотке рамки через две спиральные пружины 3, которые создают противодействующий момент Мпр. Одна из спиральных пружин прикреплена к корректирующему устройству 2. Противодействующий момент пропорционален углу закручивания пружин, или углу поворота подвижной части α, т.е. пр = − , где W- удельный противодействующий момент, постоянный для данного устройства.

При протекании по обмотке рамки постоянного тока 1 на рамку действует пара сил F-Fпр (рисунок 5.1, б), создающая вращающий момент М:

-длинаактивнойсторонывитка;

-средняя ширинаобмотки рамки;

-число витковрамки; = — активная площадь рамки.

ПодставивdѰв (2.1), получим:

= = Ѱ , (2.2)

где Ѱ = - изменение потокосцепления обмотки рамки при поворотееенаугол а, равный 1 рад.

Из выражения (2.2) следует, что отклонение подвижной части пропорционально току, т.е. прибор имеет равномернуюшкалу.

Достоинства:

1)высокая чувствительность;

2)большая точность (класс точности 0,1; -0,2;-0,5;-1,0);

3)равномерная шкала;

4)малая потребляемая мощность (магнитоэлектрический прибор обладает сильным собственным полем, поэтому даже при малых токах создается достаточныйвращающиймомент).

Недостатки:

1)сложность изготовления, определяющая высокуюстоимость;

2)пригодныдля измерения только на постоянном токе;

3)плохая перегрузочная способность.

Измерение силы тока и напряжения

Для измерения силы тока и напряжения используют измерительные приборы различных систем - амперметры и вольтметры, условные графические обозначения которых на схеме имеют вид окружностей, диаметром 10 мм (рисунки 2.2,2.3).

Для измерения тока и напряжения в цепях постоянного тока используют магнитоэлектрические приборы, так как они имеют большую точность и размернуюшкалу.

Для измерения силы тока применяют амперметры, которые включают в цепь последовательно с нагрузкой, чтобы весь измеряемый ток проходил через прибор. Для измерения малых значений тока используют гальванометры, микро-имиллиамперметры.

Рисунок 2.2 -Схемавключения амперметра для измерения силытока

Рисунок 2.3 -Схемарасширения пределаизмерения амперметра

Включение амперметра последовательно с нагрузкой не должно влиять на измеряемый ток в цепи, поэтому его внутреннее сопротивление RА должно быть малым по сравнению с сопротивлением приемника энергииR. При этом будет маламощность, потребляемая амперметром:

=.

Для измерения силы тока, превышающей верхний предел шкалы прибора, используют шунты - сопротивления малой величины, которые подключают параллельно амперметру (рисунок 2.4). Сопротивление шунтанаходят по формуле2.3:

Шунт представляет собой толстую константановую или манганиновуюпластину(проволоку).

Для измерения напряжения используют вольтметры, которые включают параллельно участку измеряемой цепи(рисунок2.4).

Рисунок 2.4 -Схемавключения вольтметра для измерения напряжения

Включение вольтметра не должно влиять на измеряемое напряжение, поэтому внутреннее сопротивление вольтметра Rv должно быть большим по сравнению с сопротивление приемника, параллельно которому он включается.

При большом сопротивлении вольтметра Rv мал ток Iv в нем и маламощность, потребляемая им.

=.

Для измерения напряжений, превышающих верхний предел измерений прибора на постоянном токе применяют добавочные сопротивления Яж6 большой величины (рисунок 2.5), которые включают последовательно с вольтметром

Рисунок 2.5 -Схемарасширения пределаизмерения вольтметра

Величину добавочного сопротивления находят по формуле2.4:

доб = ( −1), (2.4)

где - внутреннеесопротивлениеобмоткивольтметра; п - коэффициент, показывающий во сколько раз расширяется пре-

делизмерения прибора.

Так как сопротивление добавочных резисторов может достигать нескольких тысяч Ом, то их выполняют из тонкого провода с большим удельным сопротивлением.

2.2 Оборудование

Лабораторный макет со сменныминавесными элементами:

-миллиамперметр;

-вольтметр;

-омметр илиавометрчипаЦ4353, Ц20 ит.п.

Лабораторный макет представляет собой плату с гнёздами для сменных элементов.

Электрический монтаж выполнен с внутренней стороны платы. Сменные элементы, электроизмерительные приборы и источник питания подключают к гнёздам с наружной стороны платы. Питание лабораторного макета осуществляется от маломощного источника постоянного напряжения ГН2 лабораторного стенда 87Л-01, которое плавно регулируется от 0,5 до 15 В. Ток нагрузки, при котором срабатывает защитаГН2 составляет 200 мА при выходном напряжении 15 В.

Электрическая принципиальная схема лабораторного макета приведена на рисунке 2.6. Тумблер SВ2 и SВЗ - соответственно для подключения шунта к миллиамперметру РА1 и добавочного сопротивления к вольтметруРV1.

Рисунок 2.6 -Схемаэлектрическая принципиальная лабораторной работы

2.3Порядок выполнения работы

2.3.1 Собрать схему (см. рисунок 2.6), установив следующие сменные элементы:

-R1=2 кОм -резисторМТЛ-0,5;

-R2 = 200 Ом -резисторМТЛ-0,5;

-R3= 470 Ом -переменныйрезистортипаСПЗ-23а;

-R4 = 100 Ом -резисторМТЛ-0,5.

2.3.2ТумблерыSВ1 иSВ2 установить вположениеотключено, SВЗ -

вположение включено. Подвижный контакт резистора R3 установить в среднееположение.

2.3.3Включить питание схемы, установив напряжение на входе схемы10 В. Измерить силу токавцепи инапряжениенанагрузке.

Результатызанести втаблицу 2.1.

2.3.4 Включить тумблер SВ1 и измерить силу тока в цепи и напряжение на нагрузке при закороченном резисторе R1. Результаты измеренийзанести втаблицу 2.1.

Если значение тока или напряжения превышает верхний предел шкалы прибора, то немедленно выключить напряжение питания схемы,