Для треугольного и пилообразного напряжения соотношения между различными значениями совпадают: Кф = 
1,16; Ка = 
≈ 1,73; Ку = 2.
Для гармонического напряжения (рис. 5,г) U(t) = Е sin 
t
Uсв= .
Введем новую переменную 
= t; d= dt; 
, тогда Uсв=
.
Uскз=
. С учетом соотношения sin
Uскз=
.
Второй интеграл от гармонической функции на интервале времени, кратном ее периоду, равен нулю, поэтому
Uскз=
= 0,707Е.
Для гармонического напряжения
Кф=
; Ка=
; Ку=
1.3. Аналоговые измерители постоянного напряжения
Простейшим и наиболее распространенным аналоговым измерителем постоянного напряжения и тока является электромеханический стрелочный прибор магнитоэлектрической системы. Только стрелочные измерители магнитоэлектрической системы используются в электронных измерительных приборах, в том числе в самых современных, например, измерителях добротности - куметрах.
Принцип работы прибора магнитоэлектрической системы состоит в использовании механического взаимодействия рамки с током с магнитным полем постоянного магнита. В воздушном зазоре между сердечником и полюсными наконечниками из магнитомягкого материала, где с помощью постоянного магнита соз-
Рис. 6 дано сильное магнитное поле с индукцией В, на спиральных пружинах подвешена легкая рамка из алюминиевого каркаса – успокоителя и п витков изолированного тонкого (до 0,03 мм) алюминиево-го провода (рис. 6).
Пружины служат для создания противо-действующего повороту рамки вращающего момента и для подведения тока к рамке. При протекании по рамке тока I создается вращающий момент:
Мвр= ВIl Дn = ВISn.
Здесь l и Д - размеры рамки, S - ее площадь. При повороте рамки за счет упругости пружин возникает противодействующий вращающий момент Мпр = - К
, направленный против исходного. Здесь К - удельный противодействующий момент, 
- угол поворота рамки со стрелкой. Рамка со стрелкой принимает установившееся положение, когда Мвр+ Мпр = 0, т. е. когда выполняется равенство ВISn = К . Отсюда для угла поворота рамки и стрелки получаем линейную зависимость от измеряемого тока: =
, т. е. прибор магнитоэлектрической системы при измерении тока имеет линейную шкалу. При изменении направления тока изменяется направление вращающего момента и отклонения, т. е. прибор реагирует на знак тока. Инерционность рамки обуславливает время установления порядка одной секунды, т. е. прибор усредняет ток за это время. Если ток изменяется медленнее, прибор воспроизводит эти изменения. Если ток изменяется быстрее, то показания прибора установиться не успевают, они уменьшаются. Протекание через прибор магнитоэлектрической системы переменного тока вызывает механические колебания его подвижной системы с частотой тока , на которые прибор не рассчитан и которые могут вызвать его разрушение. Чтобы через прибор протекал только постоянный ток, прибор шунтируют конденсатором большой емкости. Его сопротивление переменному току Xc=1/C много меньше полного сопротивления рамки прибора
Z=
,
где Ri – сопротивление рамки постоянному току, L – индуктивность рамки. Переменная составляющая тока практически протекает через конденсатор, на протекание постоянного тока индуктивность рамки не влияет, ее индуктивное сопротивление XL =L = 0, так как = 0. Таким образом, по принципу работы прибор магнитоэлектрической системы измеряет среднее значение - постоянную составляющую тока - и не измеряет переменную составляющую. Эквивалентная схема прибора магнитоэлектрической системы (рис. 7,а) содержит сопротивление рамки постоянному току Ri и измеритель постоянного тока Iо с R = 0. Поскольку ток Iо однозначно связан с постоянным входным напряжением Uо = Ri·Iо, прибор можно проградуировать в значениях напряжения и использовать в качестве вольтметра постоянного напряжения. При этом все рассмотренные выше особенности измерения тока в полной мере относятся к измерению напряжения, т. е. прибор в равной мере измеряет постоянную составляющую тока и напряжения.
По погрешности приборы магнитоэлектрической системы делятся на классы, например, от 1 до 5. Приборы с зеркальной шкалой имеют класс 1, у них максимальное значение приведенной к шкале относительной погрешности составляет 1%, т. е. 
. Абсолютная погрешность измерения 
I=0,01Iмакс практически постоянна при любых I, относительная погрешность измерения 
существенно возрастает при малых I . Поэтому первая треть шкалы, где
возрастает по сравнению с классом прибора более чем в 3 раза, при измерениях обычно не используется. Параметры чаще всего используемых магнитоэлектрических измерителей таковы: Iмакс - от 25 мкА до 300 мкА, Ri - от 0.2 до 2 кОм, Uмакс = 50,75 мВ, например, Iмакс = 100 мкА, Ri = 750 Ом, Uмакс = 75 мВ, 
= 1,5%, т. е. класс 1,5. Такие измерители применяются в простейших измерительных приборах - авометрах (ампервольтомметрах) или тестерах. Для расширения пределов измерения постоянного тока до 6 - 10 А служит набор шунтов, образующих делитель тока (рис. 7,б). Для расширения пределов измерения постоянного напряжения до 1000 В служит набор дополнительных сопротивлений, образующих делитель напряжения (рис. 7,в). Входное сопротивление такого вольтметра зависит от предела измерения Unp:
Rвх = Ri· Unp / Uмакс,
где Ri и Uмакс - параметры измерителя магнитоэлектрической системы. При Ri = 750 Ом и Uмакс = 75 мВ на пределе 3В R вх= 30 кОм, на пределе 30 В - 300 кОм.
Для измерения постоянного напряжения и ЭДС с малыми (0,01-0,001)% погрешностями были разработаны компенсаторы. Упрощенная схема компенсатора дана на рис. 8, он содержит гальванический источник образцового, известного с погрешностью до 0,0002% напряжения Ен - нормальный элемент, образцовый резистор Rобр, образцовый градуированный отсчетный потенциометр Rотсч, вспомогательный переменный резистор R1, вспомогательный источник напряжения Е
и высокочувствительный магнитоэлектрический гальванометр Iо. Метод измерения Ех является компенсационным, он состоит в следующем. Первоначально с помощью R1 в цепи отсчетного потенциометра Rотсч устанавливается определенное значение тока, при котором ЭДС нормального элемента Ен компенсируется падением напряжения, создаваемым этим током на резисторе Rобр. В момент компенсации ток гальванометра Io в положении переключателя 1 обращается в нуль, энергия от нормального элемента не потребляется. Затем гальванометр переключается в положение 2, и с помощью потенциометра Rотсч добиваются обращения его в нуль, т. е. компенсации измеряемого напряжения или ЭДС Ех падением напряжения на потенциометре. В момент компенсации источник Ех не нагружается, не расходует энергии, что обеспечивает возможность измерения ЭДС.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 |
Основные порталы (построено редакторами)