2.1. Измерительная цепь и ее элементы

Измерительный прибор – средство измерения, предназначен­ное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем.

Выработка измерительной информации может основываться на использовании различных физических принципов. Например, для из­мерения длины применяют механические, оптические, пневмати­ческие и электрические измерительные приборы.

Физический принцип, положенный в основу построения изме­рительного прибора, называют принципом действия прибора, кото­рый часто отражается в названии прибора, например, электро­динамический ваттметр, термоэлектрический термометр.

Принципиально измерительный прибор состоит из ряда изме­рительных преобразователей, каналов связи, согласующих эле­ментов, измерительного механизма, которые в совокупности образу­ют измерительную цепь прибора. Измерительная цепь осуществ­ляет все преобразования сигнала измерительной информации.

Измерительная цепь начинается чувствительным элементом, яв­ляющимся составной частью первичного преобразователя. На эле­мент непосредственно воздействует измеряемая величина. Оканчи­вается цепь отсчетным устройством, с помощью которого наблюда­тель определяет значение измеряемой величины, выраженное в принятых единицах измерения. Это значение называют показанием средства измерения, которое образуется от отсчета (отвлеченного числа), снятого при измерении с отсчетного устройства прибора. Переход от отсчета к показанию осуществляется умножением от­счета на цену деления шкалы, под которой понимается разность значений величины, соответствующих двум соседним отметкам шкалы.

Измерительные приборы можно классифи­цировать по различным признакам: структуре преобразования; ви­ду выходной информации; способу ее выдачи; роду измеряемой величины; условиям применения и т. д.

Классификация измерительных приборов с учетом этих признаков представлена на рис. 16.

Измерительные приборы по своей структуре представляют со­бой определенное сочетание измерительных преобразователей и устройства сравнения. Для условного изображения структуры прибора используется функциональная схема. По ней можно проследить все преобразования, которым подвергается измеряемая величина в процессе работы прибора.

 

Рис. 16. Классификация измерительных приборов

 

 По структуре преобразования все измерительные приборы можно разделить на три вида: приборы прямого преобразования, приборы уравновешивающего  преобразования и приборы смешанного преобразования.

2.2. Простейшие измерительные преобразователи тока и напряжения

 Простейшими измерительными преобразователями тока и напряжения являются шунты и добавочные сопротивления.

 

2.2.1. Шунты

Шунт является простейшим преобразователем тока в напряжение (ПТН). Он представляет собой четырех зажимный резистор. Зажимы, к которым подводится ток I, называются токовыми, а зажимы, с которых снимается напряжение U, – потенциальными (рис. 17). К потенциальным зажимам обычно присоединяется выходной прибор.

Рис. 17. Схема соединения измерительного механизма с шунтом

Шунт характеризуется номинальным значением выходного тока Iном и номинальным значением выходного напряжения Uном. Их отношение определяет номинальное сопротивление шунта Rш = Uном / Iном.

Шунты применяются для расширения пределов измерения амперметров, при этом большую часть измеряемого тока пропускают через шунт, а меньшую – через измерительный механизм (ИМ) прибора.

На рис. 17 показана схема включения магнитоэлектрического механизма с шунтом Rш. Ток I и, Протекающий через измерительный механизм, связан с измеряемым током I зависимостью:

,

где Rи – сопротивление измерительного механизма.

Если необходимо, чтобы ток Iи был в n раз меньше тока I, то сопротивление шунта рассчитывается по формуле:

,

где n = I / Iи – коэффициент шунтирования.

Номинальный ток шунтов может иметь значение от нескольких миллиампер до нескольких тысяч ампер. Шунты на малые токи выполняются в виде катушек или спиралей из манганинового провода, шунты на большие токи – в виде манганиновых пластин.

На рис. 18 показан шунт на 2000 А. Он имеет массивные наконечники 1 из меди, которые служат для отвода тепла от манганиновых пластин 2, впаянных между ними. Зажимы шунта А и Б токовые. ИМ присоединяют к потенциальным зажимам В и Г, между которыми и заключено сопротивление шунта. При таком включении устраняются погрешности от контактных сопротивлений.

 

Рис. 18. Шунт на 2000 А