по представленному образцу дайте определение характеристики прибора

Метрология

Показатели и характеристики приборов

Основные характеристики средств измерения

Приборы для линейных и угловых измерений характеризуются следующими метрологическими показателями: ценой деления или дискретностью цифрового отсчета, диапазоном измерения по шкале, пределом измерения прибора, измерительным (контактным) усилием и погрешностью.
Для полной характеристики прибора необходимо еще знать интервал деления шкалы, передаточное отношение, предельно допустимую погрешность, повторяемость показаний, гистерезис и др.

Некоторые метрологические показатели и термины определены стандартами. Другие применяются фирмами и на производстве. В обоих случаях следует знать, что они означают.
Одним из основных конструктивных элементов приборов является отсчетное устройство со шкалой или цифровым дисплеем. С помощью шкалы или цифрового дисплея передается информация об измеряемой величине в форме наиболее доступной для пользователя, называемая показания прибора.

Шкала

Шкалой называется совокупность ряда отметок (штрихов) и проставленных у некоторых из них чисел отсчета, соответствующих значениям или отклонениям измеряемой величины.

По ГОСТ 5365-83 цена деления шкалы прибора должна быть кратной цифрам 1, 2 или 5.
Ширина штрихов шкал выбирается в пределах 0,1…0,2 мм.
Разность ширин штрихов в пределах одной шкалы не должна быть больше 0,05 мм.
Длина коротких штрихов принимается равной 2-2,5 интервала деления, а длинных – 3…3,5 интервала.
Ширина конца стрелки, располагающегося над штрихами шкалы, не должна быть больше ширины штрихов. Конец стрелки должен перекрывать 0,3…0,8 длины коротких штрихов шкалы.

Особенность цифрового отсчета по сравнению со штриховыми шкалами состоит в том, что ее дискретность (наименьшее показание) меньше погрешности показаний прибора. Это объясняется десятичным характером цифрового отсчета. Это качество цифрового отсчета повышает точность настройки приборов при калибровке и настройке на нуль при относительных измерениях.

Диапазон измерения

Значение измеряемой величины, соответствующее всей шкале прибора с нормированной погрешностью, называют диапазоном измерения по шкале прибора. Диапазон измерения по шкале не всегда совпадает с пределом измерения прибора.

Чувствительность прибора

Если стрелка прибора при точных измерениях останавливается между штрихами шкалы, то отсчет производится глазомерной оценкой дробной части деления, пройденного стрелкой.

Параллакс

Для уменьшения погрешности от параллакса расстояние между отсчетным индексом и шкалой должно быть минимальным, а отсчет следует производить при наблюдении перпендикулярно плоскости шкалы.

Воспроизводимость или повторяемость

Воспроизводимость измерений может характеризоваться стандартным отклонением или средней квадратической погрешностью сравниваемых рядов измерений. Воспроизводимость несёт важную информацию для оценки погрешности измерения.
Воспроизводимость свидетельствует о правильности измерения только в том случае, если прибор не имеет систематической ошибки или если систематическая ошибка мала и ей можно пренебречь.

Погрешность показаний

Измерительное усилие

Измерительным (контактным) усилием называется сила, создаваемая механизмом прибора и действующая на измеряемую поверхность в направлении линии измерения.
Измерительное усилие обычно создается пружинами, деформации и усилия которых изменяются в зависимости от перемещения измерительного стержня прибора.

Разность между наибольшим и наименьшим значениями измерительного усилия при однонаправленном изменении значений измеряемой величины называется колебанием (перепадом) измерительного усилия.

Величина измерительного усилия и его перепад оказывают большое влияние на результат измерения, так как вызывают деформации измерительной оснастки, контролируемой поверхности и других элементов, что приводит к возникновению дополнительной поверхности.
По этой причине всегда стремятся к уменьшению измерительного усилия и его перепада, но в ограниченных пределах, поскольку слишком малое измерительное усилие может привести к отрыву наконечника от контролируемой поверхности, т.е. к ненадежности измерения, особенно при динамических измерениях на больших скоростях.

Нормальное значение температуры

Для измерительных инструментов, приборов и деталей машин ГОСТ 9249-59 установлено нормальное значение температуры, равное 20 ˚С. Именно при этой температуре действительны все размеры, меры, метрологические характеристики измерительных приборов, результаты измерении и т.п.

Степень защиты измерительных приборов

Примечание: точками обозначены недостающие цифры в обозначении степени защиты от другого вредного фактора.

Источник

Классификация измерительных приборов и список технических устройств

Измерительные приборы прочно вошли в жизнь человека. За счет обширной классификации измерительных приборов можно определить именно тот аппарат, который понадобится для конкретных операций. Это могут быть как простейшие, по типу рулетки или амперметра, так и мультифункциональные измерительные приборы. При выборе устройства следует ориентироваться на его предназначение и основные характеристики.

Общие сведения

Измерительным прибором называют такое устройство, которое позволяет получить значение некоторой физической величины в заданном диапазоне. Последний задается с помощью приборной шкалы. А также технические приборы позволяют переводить величины в более понятную форму, которая доступна определенному оператору.

В настоящее время список измерительных приборов довольно широк, но большинство из них предназначается для контроля за проведением технологического процесса. Таким может быть датчик температуры или охлаждения в кондиционерах, нагревательных печах и других устройствах со сложной конструкцией.

Среди наименований измерительных инструментов есть как простые, так и сложные, в том числе и по конструкции. Причем сфера их применения может быть как узкоспециализированной, так и распространенной.

Чтобы узнать больше сведений о конкретном инструменте, необходимо рассмотреть определенную классификацию контрольно-измерительных устройств и приборов.

Виды измерительных приборов

В зависимости от того, какие бывают измерительные инструменты, их названия могут отличаться в разных классификациях.

Обычно приборы могут быть следующего вида:

Вышеописанные приборы являются наиболее распространенными и применяются для измерения ряда физических величин. Сложность происходящих физических процессов требует применения нескольких приборов, причисляемых к разным классам.

Классификация устройств

В разных сферах применяется своя классификация устройств, предназначенных для измерения физических величин.

Приборы могут делиться по таким критериям:

Регистрирующие устройства делятся на самопишущие и печатающие разновидности. Наиболее прогрессивным вариантом являются самопишущие аппараты, поскольку у них выше точность предоставления информации и шире возможности для измерения заданных ранее параметров.

Аналоговые и цифровые

Контрольно-цифровые инструменты могут быть как цифровыми, так и аналоговыми. Первые считаются более удобными. В них показатели силы, напряжения или тока переводятся в числа, затем выводятся на экран.

Но при этом внутри каждого такого прибора находится аналоговый преобразователь. Зачастую он представляет собой датчик, снимающий и отправляющий показания с целью преобразования их в цифровой код.

Хотя аналоговые инструменты менее точны, они обладают простотой и лучшей надежностью. А также существуют разновидности аналоговых инструментов и приборов, имеющих в своем составе усилители и преобразователи величин. По ряду причин они предпочтительнее механических устройств.

Для давления и тока

Каждому еще со школы или университета знакомы такие названия измерительных приборов, как барометры и амперметры. Первые предназначены для того, чтобы измерять атмосферное давление. Встречаются жидкостные и механические барометры.

Жидкостные разновидности считаются профессиональными из-за сложности конструкции и особенностей работы с ними. Метеостанции применяют барометры, заполненные внутри ртутью. Они наиболее точные и надежные, позволяют работать при перепадах температур и иных обстоятельствах. Механические конструкции проще, но постепенно их вытесняют цифровые аналоги.

Амперметры используются для измерения электрического тока в амперах. Шкала амперметра может градуироваться как в стандартных амперах, так и микро-, милли- и килоамперах. Лучше всего такие приборы подключать последовательно. В таком случае снижается сопротивление, а точность снимаемых показателей возрастает.

Слесарные инструменты

Достаточно часто можно встретить измерительные слесарные инструменты. Наиболее важная характеристика — точность измерений. За счет того, что слесарные инструменты механические, удается добиться точности до 0,005 или 0,1 мм.

Если погрешность измерений превысит допустимый порог, то произойдет нарушение технологии работы инструмента. Тогда потребуется переточка некачественной детали или замена целого узла в устройстве. Поэтому для слесаря важно при подгонке вала под втулку использовать не линейку, а инструменты с большей точностью измерений.

Наиболее популярным инструментом с высокой точностью измерений является штангенциркуль. Но и он не сможет дать гарантии точного результата с первого измерения. Опытные рабочие делают несколько измерений, которые затем преобразуют в некоторое среднее значение.

Встречаются операции, требующие максимальной точности. Таких много в микромашинах и отдельных деталях устройств крупного размера. Тогда следует воспользоваться микрометром. С его помощью можно измерять с точностью до сотых долей миллиметров. Распространенное заблуждение о том, что он позволяет измерять микроны, является не совсем верным. Да и при проведении стандартных домашних работ такая точность может не пригодиться, поскольку достаточно действующих значений точности и погрешности.

Специальные устройства

Существует такое известное устройство для измерения под названием угломер.

Его предназначение заключается в измерении углов деталей, а конструкция состоит из следующих элементов:

Процесс измерения таким прибором простой. Деталь прикладывается одной из граней к линейке. Сдвинуть ее надо таким образом, чтобы образовался равномерный и достаточный просвет между гранями и линейками. Затем сектор закрепляется винтом. Снимаются показатели сначала с линейки, а затем с нониуса.

Контрольно-измерительные устройства нашли довольно широкое применение в различных сферах производства, домашнего быта, слесарного дела и строительных работ. Они различаются как по сфере применения, так и по возможности измерения.

Все приборы могут подразделяться по способу преобразования, выдачи информации и виду выходной информации, предназначения и другим критериям. Имея хорошую классификацию, можно отыскать конкретный инструмент для определенных задач и операций.

Но главная цель у них состоит в измерении показаний, их записи и контроле технологических процессов производства. Рекомендуются использовать точные измерительные устройства, однако, устройство становится гораздо сложнее. Это потребует учета большого количества факторов и измерений параметров, чтобы вывести на экран точные показания.

Источник

Характеристики электроизмерительных приборов

Название прибора указано на его шкале в виде стандартного условного обозначения единицы величины, для измерения которой предназначен прибор:

A – амперметр; B – вольтметр;

mA – миллиамперметр; mB – милливольтметр;

µ A – микроамперметр; µB – микровольтметр .

Название многопредельных электроизмерительных приборов, предназначенных для измерения одной величины в одних и тех же единицах, обозначаются на шкалах в виде целого слова, например «Амперметр», «Вольтметр» и т.д. Название многопредельных измерительных приборов, предназначенных для измерения разных величин, указывается возле клемм или переключателя пределов.

Род тока. Приборы бывают постоянного тока ( – ), переменного тока (

Типы отклоняющих систем стрелочных измерительных приборов.

Магнитоэлектрическая отклоняющая система;

Электромагнитная отклоняющая система;

Количество и числовое значение пределов измерения

У всякого прибора имеется нижний и верхний пределы измерения (N_н. – N_в.). Нижним пределом почти всегда является нуль (N_н. = 0). Верхних пределов бывает один или несколько, поэтому различают однопредельные и многопредельные приборы. Многопредельные приборы имеют три и более клеммы или переключатель пределов. Числовое значение верхнего предела (N_в.) указывается возле клемм или возле переключателя пределов.

Абсолютная погрешность вычисляется по формуле:

ΔN = ± , (1)

Относительная погрешностьопределяется по формуле:

ε = ∙100%, (2)

где ΔN – абсолютная погрешность, N – значение измеряемой величины. Из формулы (2) следует, что при N→N_в., т.е. стрелка прибора находится вблизи верхнего предела шкалы, относительная погрешность будет наименьшей.

Цена деления шкалы прибора. Под ценой деления понимают скольким единицам измеряемой величины соответствует наименьшее деление шкалы. Делением называется интервал между соседними штрихами.

ГОУВПО «СМОЛЕНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МЕДИЦИНСКАЯ АКАДЕМИЯ РОСЗДРАВА»

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ЗДРАВООХРАНЕНИЮ И СОЦИАЛЬНОМУ РАЗВИТИЮ»

Кафедра медицинской и биологической физики

Тема: Аналоговые измерительные приборы

Лабораторная работа 2а

Электроизмерительные приборы

Цели и задачи

Студент должен изучить основные характеристики приборов: название приборов, род тока, положение приборов при измерениях, класс точности прибора; научиться определять цену деления однопредельного и многопредельного приборов; должен научиться определять электрический сигнал (напряжение) многопредельным вольтметром и ламповым вольтметром.

Освоить:

1. Измерение величины электрического сигнала при помощи однопредельного прибора;

2. Измерение величины электрического сигнала при помощи многопредельного прибора;

3. Измерение напряжения ламповым вольтметром.

Приборы и принадлежности. Набор измерительных головок для измерения токов и напряжений; макет, состоящий из генератора синусоидальных колебаний, лампового многопредельного вольтметра и соединительных проводов.

Краткое теоретическое введение

Внешний вид измерительных головок различных систем рис.1.

Рис.1. Некоторые виды измерительных головок

Рис. 2. Внешний вид шкалы многопредельного (а) и однопредельного (б) приборов

Практическая часть

Задание 1. Определение цены деления и производство отсчётов по однопредельным электроизмерительным приборам.

Однопредельные электроизмерительные приборы имеют только два электрических зажима и их обозначение указано на его шкале в виде стандартного условного обозначения единицы величины, для измерения которой предназначен прибор. Цифры на шкале прибора – единицы измеряемой величины.

1.1. Определить название прибора, измеряемую величину, единицу измерения.

1.2. Определить цену деления прибора для этого:

a. Определить разность любых двух соседних чисел, обозначенных на шкале ( N₂ – N₁)

b. Сосчитать n – число маленьких делений, расположенных между этими числами.

c. Вычислить цену деления, а по формуле:

a = (1)

1.3. Измерить величину электрического сигнала N по указанию преподавателя. Для этого:

a. К ближайшему именованному штриху на шкале прибора, расположенному слева от стрелки прибора, прибавить число маленьких делений расположенных правее этого именованного штриха до стрелки прибора, умноженное на цену деления.

b. Определить абсолютную ∆N и относительную ε погрешности по формулам.

1.4. Начертить таблицу 1, занести в неё полученные данные.

Все расчёты записать ниже таблицы 1 по форме: формула в буквах, она же в цифрах, окончательный результат с указанием единиц измерений.

Задание 2. Определение цены деления и производство отсчётов по многопредельным электроизмерительным приборам.

Название многопредельных приборов, как правило, указывается под шкалой прописью. Цифры на шкале многопредельного прибора выражают не число единиц измеряемой величины, а показания прибора в делениях.

2.1. Определить название прибора, измеряемую величину, количество пределов измерения, единицы измерения.

2.2. Подобрать рабочий предел (N_н. – N_в.) так, чтобы при измерении стрелка прибора находилась на одной трети шкалы от начала отсчёта и далее. При этом относительная ошибка измерения будет минимальной.

2.3. Определить цену деления прибора, апри выбранном рабочем пределе, руководствуясь следующим правилом. Для определения цены делений многопредельного прибора нужно предел измерения N_в. разделить на число, стоящее у конца шкалы N_шк.., так как оно выражает общее число делений на шкале прибора. Понятно, что цены делений при различных пределах измерения будут разными, причём с увеличением предела в несколько раз во столько же раз увеличится и цена делений.

2.4. Определить показание прибора. Для этого число делений, указываемое стрелкой прибора, нужно умножить на цену деления прибора на данном рабочем пределе.

2.5. Определить абсолютную и относительную погрешности прибора.

2.6. Начертить таблицу 2, занести в неё полученные данные.

Все расчёты записать ниже таблицы 2 по форме: формула в буквах, она же в цифрах, окончательный результат с указанием единиц измерений.

Задание 3. Измерение напряжения многошкальным электроизмерительным прибором (ламповым вольтметром).

3.1. Ознакомиться с ламповым вольтметром.

3.2. Измерить напряжение, выдаваемое звуковым генератором на определённой частоте по указанию преподавателя. Для этого проделать следующее:

a. Выбрать рабочий предел, добившись с помощью переключателя пределов того, чтобы стрелка прибора находилась в рабочей области шкалы (не менее 1/3 части шкалы). При этом, если стрелка вольтметра находится в левой части шкалы – выбранный предел – велик и его необходимо уменьшить; если прибор зашкаливает – выбранный предел мал и его необходимо увеличить.

b. Определить рабочую шкалу при данном положении переключателя пределов, исходя из соображений удобства измерения величины напряжения. Если переключатель пределов находится в положениях 1, 10, 100 В или мВ, то рабочую шкалу выбираем ту, в конце которой стоит число 10. Если переключатель пределов находится в положении 3, 30, 300 В или мВ, измерения проводим по той шкале, в конце которой стоит число 30.

c. Определить по рабочей шкале показание вольтметра, считая его однопредельным прибором (это будет показание прибора в делениях).

d. Рассчитать коэффициент пересчёта по формуле:

К_{пересчёта}= , (2)

где N_в. – верхнее значение рабочего предела,

N_шк. – число, стоящее в конце рабочей шкалы.

e. Определить измеряемую величину, умножив показание прибора в делениях на К_{пересчета}.

f. Определить абсолютную и относительную погрешности прибора.

g. Записать в отчёт окончательный результат измерения с указанием абсолютной и относительной ошибки полученного результата.

Источник

Характеристики измерительных приборов

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Основные понятия

Измерение – процесс, заключающийся в определении значения физической величины с помощью специальных технических средств.

Средства измерения представлены в виде структурной схемы:

Измерительные преобразователи— предназначены для выработки сигнала измерительной информации в форме удобной для передачи дальнейшего преобразования, обработки или хранения, но не поддающиеся восприятию наблюдателя.(пульты управления)

Измерительные преобразователи могут быть энергетическими (не требуют постороннего источника энергии) и параметрическими (требуют постороннего источник энергии) Различают преобразователи непрерывной величины в дискретную, первичные, передающие, масштабные, выходные, обратные, сравнения с одной или несколькими величинами. К измерительным преобразователям относятся делители напряжения и тока, добавочные резисторы, шунты, измерительные трансформаторы, выпрямители, усилители.

Измерительные установки— совокупность функционально объединенных средств измерений предназначенных для выработки, сигналов в удобной форме для наблюдателя

ИИС бывают измерительные, диагностические и автоматического контроля. Виды измерений:

Прямые измерения— измерения, при которых искомое значение физической величины находят непосредственно из опытных данных.

Косвенные измерения— измерения, при которых искомое значение физической величины находят на основании математической зависимости между искомой величиной и величинами аргументами, полученными при прямых измерениях

Совместные и совокупныеизмерения близки по способу нахождения искомых значений величин (в обоих случаях они находятся решением уравнений) и коэффициентов, в которых отдельные члены получены в результате прямых измерений. Отличие состоит в том, что при совокупных измерениях одновременно измеряется несколько одноименных величин, а при совместных- разноименных.

Обычные измерения— измерения, выполняемые с однократным наблюдением.

Статистические измерения— измерения с многократным наблюдением.

Статические измерения— измерения, при которых измеряемая величина остается постоянной во времени в процессе измерения.

Динамические измерения— измерения, при которых измеряемая величина изменяется в процессе измерения.

Метод непосредственной оценкизаключается в непосредственном определении значения физической величины по отчетному устройству измерительного устройства заранее проградуированного в значениях измеряемой величины.

Основные методы измерения:

Метод сравнения с меройзаключается в определении искомой определяемой физической величины сравнением с величиной воспроизводимой мерой.

Дифференциальный метод основан на измерении разности между искомой величиной и истинным значением. Он применяется при измерении параметров цепи.

Метод замещений— метод, при котором измеряемая величина замещается известной величиной, воспроизводимой мерой равной по значению замещенной.

Метод противопоставлений— метод, при котором измеряемая величина и известная величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор сравнений, с помощью показаний которого устанавливают соотношения между ними.

Методика измерений— детально намеченный порядок процесса измерений, регламентирующие методы, средства, алгоритмы выполнения измерений, которые в определенных условиях обеспечивают измерения с заданной точностью.

Алгоритм измерений— точное предписание о выполнении в определенном порядке совокупности операций, обеспечивающих измерения значений физической величины.

Приборам у которых пределы допускаемых основных погрешностей задаются относительной основной или приведенной погрешностей, присваивают согласно ГОСТ классы точности, выбираемые из следующего ряда : 1*10 п ;
где

Погрешность прибора, в зависимости от значения входной величины, можно представить в виде аддитивной ( ) и мультипликативной погрешности ( ):

Относительные погрешности прибора:

В зависимости от времени поведения измеряемой величины в процессе измерения определяются статические и динамические погрешности.

Статические погрешности— это погрешности, возникающие при измерении постоянной во времени величины.

Динамическая погрешность— это разность между погрешностью прибора вдинамическом режиме и его статической погрешностью соответствующей значению величины в данный момент времени. Она зависит как от свойств прибора, так и от характера изменения измеряемой величины во времени (если время установления показаний прибора больше времени интервала измеряемой величины, то возникает динамическая погрешность). Подключение измерительных приборов к участку цепи не должно нарушать энергетического баланса в измеряемой цепи.

Быстродействие— это время затраченное на одно измерение. Для аналоговых приборов быстродействие определяется временем установления показаний. Для цифровых приборов оно определяется отношением количества измерений за промежуток времени в отношении к этому промежутку:

1. Вероятность безотказной работы в течении заданного времени.

2. Интенсивность отказов.

3. Время безотказной работы. Оценка надежности производится в процессе разработки прибора.

Характеристики измерительных приборов

Основными характеристиками являются:

1. Уравнения преобразования (градуировочная характеристика).

3. Порог чувствительности.

4. Диапазон измерений.

5. Область рабочих частот.

6. Статический и динамические погрешности.

7. Собственная мощность потребляемая прибором.

Градуировочная характеристика отражает функциональную зависимость между выходным сигналом и входным .

Чувствительность характеризует способность прибора реагировать на изменения входного сигнала, отражает зависимость по выражению:

Порог чувствительности отражает изменения входного сигнала, вызывающего наименьшие изменения выходного сигнала, которые могут быть обнаружены наблюдателем с помощью данного прибора без дополнительных устройств.

Диапазон измерений— это область значений измеряемого сигнала для которой нормированы допускаемые погрешности.

Область рабочих частот— полоса частот, в пределах которой погрешность прибора, вызванная изменением частоты, не превышает допускаемого предела.

По способу выражения различают абсолютную, относительную, приведенную, основную и дополнительную погрешности самого прибора.

Абсолютная погрешность прибора( ) отражает разность между показаниями прибора и истинным значением измеряемой физической величиной. Эта погрешность взятая с обратным знаком называется поправкой ( ).

Относительная погрешность( ) отражает отношение абсолютной погрешности к истинному значению измеряемой величины и выражается в процентах.

Относительная погрешность обычно существенно изменяется вдоль шкалы прибора. С уменьшением значения измеряемой величины- увеличивается.

Приведенная погрешность( )- отношение абсолютной погрешности прибора к нормированному значению и выражается в процентах.

Класс точности— обобщенная характеристика определяемая пределами допускаемых основных и дополнительных погрешностей. Он характеризует свойства приборов в отношении точности измерений, но не является непосредственным показателем точности измерений, выполняемых с помощью этих приборов.

2 АНАЛОГОВЫЕ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

2.1 Общие сведения

В аналоговых электромеханических измерительных приборах непосредственной оценки электромагнитная энергия, подведенная к прибору непосредственно из измеряемой цепи, преобразуется в механическую энергию углового перемещения подвижной части относительно неподвижной.

Электромеханические измерительные приборы (ЭИП) применяет для измерения тока, напряжения, мощности, частоты, фазовых сдвигов, сопротивлений и других электрических величин на по­стоянном и переменном токе преимущественно промышленной ча­стоты 50 Гц. Эти приборы относят к приборам прямого преобразо­вания. Они состоят из электрического преобразователя (измери­тельной цепи), электромеханического преобразователя (измеритель­ного механизма), отсчетного устройства (рис. 2.1).

Рисунок 2.1 – Схема электромеханического аналогового измерительного прибора

Измерительная цепь прибора обеспечивает преобразование элект­рической измеряемой величины X в некоторую промежуточную электрическую величину Y (ток или напряжение), функционально связанную с измеряемой величиной X. Величина Y непосредственно воздействует на измерительный механизм ИМ.

В зависимости от характера преобразо­вания измерительная цепь может представлять собой совокуп­ность преобразовательных элементов (резисторов, конденсаторов, выпрямителей, термопар и др.).

Различные измерительные цепи позволяют использовать один и тот же измерительный механизм при измерениях разнородных величин, напряжения, тока, сопротивления, меняющихся в широ­ких пределах.

Измерительный механизм, являясь основной частью конструк­ции прибора, преобразует электромагнитную энергию в механическую энергию, необходимую для угла отклонения α его подвиж­ной части относительно неподвижной, т. е. (Х).

Подвижная часть измерительного механизма ИМ представляет собой механическую систему с одной степенью свободы относительно оси вращения.

Дифференциальное уравнение моментов, описывающее работу ИМ, имеет вид:

т. е. момент количества движения равен сумме моментов, действую­щих на подвижную часть.

На подвижную часть измерительного механизма при ее движении воздействуют:

вращающий момент М, определяемый для всех ЭИП скоростью изменения энергии электромагнитного поля , сосредоточенной в механизме, по углу отклонения α подвижной части. Вращающий момент является некоторой функцией измеряемой величины X, а следовательно, Y (тока, напряжения, произведения токов) и α:

(2.2)

противодействующий момент , создаваемый механическим путем с помощью спиральных пружин, растяжек, подводящих проводов и пропорциональный углу отклонения а подвижной части

(2.3)

где W — удельный противодействующий момент на единицу угла закручивания пружины (зависит от материала пружины и ее гео­метрических размеров);

момент успокоения , т. е. момент сил сопротивления движе­нию, всегда направленный навстречу движению и пропорциональ­ный угловой скорости отклонения:

(2.4)

(2.5)

(2.6)

Установившееся отклонение подвижной части механизма определяется равенством вращающего и противодействующего моментов, т. е. , что бывает, когда два первых члена левой части, дифференциального уравнения (2.6) равны нулю. Подстановкой в равенство аналитических выражений моментов получают уравнение шкалы прибора, показывающее зависимость угла отклонения α подвижной части от значения измеряемой величины и параметров измерительного механизма.

В зависимости от способа преобразования электромагнитной энергии, в механическое угловое перемещение подвижной части измерительного механизма приборы делят на магнитоэлектрические, электродинамические, ферродинамические, электромагнитные, элек­тростатические и др.

Отсчетное устройство аналоговых электромеханических прибо­ров чаще всего состоит из указателя, жестко связанного с подвиж­ной частью измерительного механизма, и неподвижной шкалы. Шкала представляет собой совокупность отметок, которые распо­ложены вдоль какой-либо линии и изображают ряд последователь­ных чисел, соответствующих значениям измеряемой величины. От­метки имеют вид штрихов, черточек, точек и т. п. Указатели бы­вают стрелочные (механические) и световые.

По начертанию шкалы бывают прямолинейные (гори­зонтальные или вертикальные), дуговые (при дуге до 180° включи­тельно) и круговые (при дуге более 180°).

По характеру расположения отметок раз­личают шкалы равномерные и неравномерные, односторонние отно­сительно нуля, двусторонние и безнулевые. Шкалы градуируются либо в единицах измеряемой величины (именованная шкала), либо в делениях (неименованная шкала).

Числовое значение измеряемой величины равно произведению числа делений прочитанных по шкале, на цену (постоянную) при­бора.

Поскольку электромеханические измерительные приборы яв­ляются приборами прямого преобразования, чувствительность при­бора Sп в целом определяется чувствительностью цепи Sц и чувст­вительностью измерительного механизма Sи:

Sп = Sц Sи (2.7)

Так как любой измерительный механизм электромеханического прибора состоит из подвижной и неподвижной частей, то для обес­печения свободного перемещения подвижной части последнюю уста­навливают на опорах (рисунок 2.2, а), растяжках (рисунок 2.2, б), подвесе (рис. 2.2, в).

Рисунок 2.2 – Установка подвижной части измерительного механизма

При установке подвижной части измерительного механизма на опорах последние пред­ставляют собой легкую алюминиевую трубку, в которую запрессовывают керны (стальные отрезки). Концы кернов затачивают и шлифуют на конус с закруглением. Опираются керны на агатовые или корундовые подпятники. При установке подвижной части измерительного механизма на кернах между керном и подпятником возникает трение, что вносит погрешность в показания прибора. В приборах высокого класса точности (лабораторных) для умень­шения трения шкала устанавливается горизонтально, а ось вер­тикально. При этом нагрузка сосредоточена в основном на нижней опоре.

Установка подвижной части измеритель­ного механизма на растяжках наиболее распрост­ранена в приборах. Растяжки представляют собой две тонкие ленты из бронзового сплава, на ко­торых подвешивается подвиж­ная часть измерительного ме­ханизма. Их наличие обеспе­чивает отсутствие трения в опорах, облегчает подвижную систему, повышает вибро­устойчивость. Растяжки ис­пользуются также для подве­дения тока к обмотке рамки и создания противодействую­щего момента.

Установку под­вижной части изме­рительного меха­низма на подвесе используют в особо чувствительных приборах. Подвижную часть, измерительного механизма подвешивают на тонкой металлической (иногда кварцевой) нити. Ток в рамку подвижной части подводят через нить подвеса и специальный безмоментный токоподвод из золота или серебра.

При транспортировке подвижную часть измерительного меха­низма закрепляют неподвижно с помощью арретира.

Для уравновешивания подвижной части служат грузики противовесы 10. Измерительный механизм считается уравновешенным, когда центр тяжести подвижной части совпадает с осью вращения. Хорошо уравновешенный измеритель­ный механизм показывает при различных положениях одно и то же значение измеряемой величины.

Для создания необходимого успокоения измерительные механизмы снабжают успокоителями, развивающими момент направленный на­встречу движению (время успокоения не более 4 с). В измерительных механиз­мах наиболее часто приме­няются магнитоиндукционные и воздушные успокои­тели и реже жидкостные (когда требуется очень большое успокоение).

Магнитоиндукционный успокоитель (рис. 2.4, а) состоит из постоянного магнита 1 алюминиевого диска 2, жестко связанного с подвижной частью механизма и свободно перемещающегося в поле постоянного магнита. Успокоение создается за счет взаимодейст­вия токов, индуктированных в диске при его перемещении в маг­нитном поле постоянного магнита с потоком этого же магнита.

Рисунок 2.4 – Типы успокоителей

Воздушный успокоитель (рис. 2.4, б) представляет собой камеру 1, в которой перемещается легкое алюминиевое крыло (или поршенек) 2, жестко связанное с подвижной частью измерительного механизма. При перемещении воздуха из одной части камеры в другую через зазор (между камерой и крылом) тормозится движение крыла и колебания подвижной части быстро затухают.

Воздушные успокоители слабее магнитоиндукционных.

2.2 Магнитоэлектрические измерительные приборы

Измерительные механизмы. Работа магнитоэлектрических измерительных механизмов основана на принципе взаимодействия катушки с током и магнитного потока постоянного магнита. Один из взаимодействующих элементов — подвижный (катушка (рамка) с током или постоянный магнит).

Наиболее распространены измерительные механизмы с подвиж­ной рамкой.

По конструкции магнитной системы различают механизмы с внеш­ним (рис. 2.5) и внутрирамочным магнитом. Первый состоит из внешнего магнита 1 из магнитотвердого мате­риала, магнитопровода 3 и цилиндрического сердечника 6 из магнитомягкого материала. В воздушном зазоре между полюсными наконечни­ками магнита и подвиж­ным цилиндрическим сердечником создается практически равномер­ное радиальное магнит­ное поле. В воздушном зазоре помещается рам­ка 5 из тонкого изоли­рованного медного про­вода, намотанного на легкий бумажный или алюминиевый каркас прямоугольной фор­мы. К рамке с двух сторон приклеивают алюминиевые буксы, в которых закрепляют полуоси или растяжки. Рамка может пово­рачиваться вместе с осью и стрелкой 2 вокруг цилиндрического сер­дечника. Измеряемый токIпропускают в обмотку рамки через две спиральные пружины 7, создающие также противодействующий момент. Для уравновешивания подвижной части служат, противо­весы-грузики 4. Алюминиевая стрелка и шкала образуют отсчетное устройство.

Рисунок 2.5 – Устройство магнитоэлектрического измерительного механизма

При протекании по обмотке рамки постоянного тока I на ак­тивные стороны обмотки рамки действует пара сил, создающая вращающий момент:

(2.8)

Произведение al равно активной площади S рамки. Соответственно

(2.9)

где — потокосцепление обмотки рамки при повороте ее на угол
α = 1 рад.

Вращающий момент измерительного механизма стадиальным равномерным магнитным полем в воздушном зазоре не зависит от угла отклонения, а подвижной части. Под действием М подвижная участь поворачивается вокруг оси, тем самым закручивая спиральные пружины. Создающийся при этом противодействующий момент

(2.10)

При отклонении рамки на некоторый угол, а вращающий и противодействующий моменты уравняются по значению, дальнейшее отклонение рамки прекратится. Из условия равенства моментов следует, что или , откуда угол отклонения под­вижной части механизма

S1I, (2.11)

где — чувствительность измерительного механизма по току.

Из (2.11) следует, что отклонение подвижной части измеритель­ного механизма линейно растет с увеличением тока I, т. е. шкала равномерная.

При изменении направления токаI изменяется направление от­клонения подвижной части измерительного механизма; при включе­нии последнего в цепь переменного тока из-за инерционности его подвижной части среднее значение вращающего момента за период будет равно нулю.

В магнитоэлектрических измерительных механизмах успокоение подвижной части магнитоиндукционное и воздушное. При отклоне­нии подвижной части в поле постоянного магнита в алюминиевом каркасе рамки, а также, в витках обмотки рамки, замкнутой на некоторое внешнее сопротивление, индуктируются токи, создающие совместно с полем постоянного магнита тормозной момент, быстро успокаивающий подвижную часть.

К достоинствам магнитоэлектрических измерительных механизмов относят: высокую чувствительность (ИМ обладает сильным собственным магнитным полем поэтому даже при малых токах создается достаточный вращающий момент); большую точность (из-за высокой стабильности элементов ИМ, незначительного влияния внешних магнитных полей); незначительное влияние на режим из­меряемой цепи, так как мощность потребления ИМ мала; хорошее успокоение; равномерность шкалы.

К недостаткам измерительных механизмов относят: сложность, изготовления, плохую перегрузочную способность, обусловленную легким перегревом пружин и изменением их свойств; температурные влияния на точность измерения.

Магнитоэлектрические измерительные механизмы используют:

в многопредельных, широкодиапазонных магнитоэлектрических амперметрах, вольтметрах для непосредственных измерений в цепях постоянного тока;

аналоговых омметрах, электронных вольтметрах, термоэлектри­ческих амперметрах, вольтметрах, электронных частотомерах, фазо­метрах;

в комбинированных аналоговых вольтметрах в которых магнито­электрические измерительные механизмы совместно с выпрямитель­ными преобразователями используются при измерениях переменного тока, напряжения;

в логометрах (двухрамочных механизмах), используемых в оммет­рах, частотомерах и т. д.

Амперметры. Основой амперметров и вольтметров является из­мерительный механизм. В микро- и миллиамперметрах, предназна­ченных для измерения токов (не превосходящих 50 мА), измеритель­ная цепь состоит из рамки и пружин, через которые подводится ток к рамке (сопротивление цепи измерительного механизма ).

Значение тока полного отклонения ограничено влиянием его теплового действия на упругие свойства спиральных противодейст­вующих пружинок.

Если измеряемый ток I превосходит по значению ток полного отклонения подвижной части, то параллельно цепи измеритель­ного механизма ИМ подключается шунт (резистор), через который пропускается ток (рис. 2.6).

Значение сопротивления шунта определяется из условия

(2.12)

) (2.13)

Шунты обычно изготовляют из манганина, обладающего нич­тожно малым температурным коэффициентом. Большое распрост­ранение получили многопредельные ступенчатые шунты, включае­мые по кольцевой схеме (рис. 2.7).

В двухпредельном амперметре, если принять I1

Дата добавления: 2018-02-28 ; просмотров: 4523 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Источник