Контрольные вопросы:

1. Какова роль измерительной техники?

2. Назовите базовое направление измерительной техники.

3. Какова роль микропроцессоров в измерительной технике?

4. Перечислите перспективы развития измерительной техники.

Литература

1.М.П. Алиев, А.А. Тер-Хачатуров. Измерительная техника, - М.: Высшая школа, 1991, стр. 4-6; 373-375

Лекция №9

Тема программы: Измерение напряжения и тока.

Тема урока: Принцип построения аналоговых вольтметров.

Цель урока: В процессе изучения данной темы студент должен знать принцип работы магнитоэлектрического механизма и освоит измерение постоянного напряжения.

Тип урока: Самостоятельная работа. Лекция

Оснащения урока: 1. Схема магнитоэлектрического измерительного механизма.

2. Схемы вольтметров магнитоэлектрической системы.

План урока

1. Магнитоэлектрический измерительный механизм.

2. Измерение постоянного напряжения.

3. Роль входного сопротивления.

Магнитоэлектрические измерительные механизмы.

Возникающий вращающий момент определяем выражением: M=B*S*W*I,

где В - магнитная индукция в зазоре;

S - площадь рамки;

I — ток, протекающий по обмоткам рамки." W- число витков

Установившееся отклонение подвижной части определяется равенством: M=Mnp=W*L, где Мпр - противодействующий момент;

L - угол поворота подвижной части

W = уд. против момент, зависит от свойств упругого элемента. Противодействующий момент линейно зависит от угла поворота подвижной части, B*S*WI=W*L

У p-.е преобразование, гдє

S - чувствительность механизма к току.

Угол отклонения пропорционален току, т.е. прибор, имеет линейную шкалу. Магнитоэлектрические механизмы обычно работают на постоянном токе. Если колебания имеют синусоидальную форму, то среднее значение вращающего момента равно нулю.

Принцип построения магнитоэлектрических приборов используется в гальванометрах — высокочувствительных приборах, предназначенных для измерения малых токов

(до 10^-8 А ) и напряжений (до1О^-6 В).

Гальванометр не имеет градуированной шкалы, и цена деления шкалы определяется при измерениях.

При измерении некоторых электрических величин используется баллистический гальванометр.

Максимальный угол Lm пропорционален количеству электричества, протекающего по рамке; Q=Cq*Lm;

Где Cq - цена деления (баллистическая постоянная) гальванометра.

1. Приборы магнитоэлектрической системы имеют высокую чувствительность. Удается сконструировать приборы с отклонением на всю шкалу при токе 0,01 мкА,

2. Потребление тока от внешней цепи приборами магнитоэлектрической системы очень

мало, что позволяет снизить потребляемую мощность до 10 " Вт.

3. Магнитоэлектрические приборы относятся к числу высокочастотных приборов с классом точности 0,2; 0,1; 0,05.

К недостаткам приборов магнитоэлектрической системы относятся чувствительность к перегрузкам, сложность и относительно высокая стоимость,

Измерение постоянного

напряжения

Напряжение постоянного тока характеризуется значением и полярностью. Рассмотрим принцип построения аналогового вольтметра магнитоэлектрической системы (рис. 1 а, б)

В магнитоэлектрическом вольтметре последовательно с измерительным механизмом РА 1 в включают добавочные резисторы, позволяющие измерять пределы измерения. Значения сопротивлений добавочных резисторов рассчитываются по закону Ома:

для схемы с отдельными резисторами (рис, 1 .а.)

для схемы с секционированным добавочным резисторам (рис, 1 б)

где Щ— верхний предел измерения вольтметра; І I_пр -- ток полного отклонения прибора;

R_пр — сопротивление рамки измерительного прибора.

Вольтметры магнитоэлектрической системы работают только по постоянному току, Ош реагируют на среднее значение приложенного напряжения за период. Шкала градуируется в этих значениях.

В случае а) приложено постоянное напряжение треугольной формы, Следовательно,

В случае б) приложено переменное напряжение синусоидальной формы, в состав которого

входит постоянная составляющая.

Представим мгновенное значение данного напряжения в аналитическом виде:

где Uo - постоянная составляющая сигнала, т.е. среднее значение напряжения за период (Uo=5 В);

Um — переменная составляющая сигнала, т,е, амплитудное (максимальное) значения напряжения за период (0m=10 В). Таким образом, А= Ucp= Uo=5 В.

Роль входного сопротивления вольтметра.

Входное сопротивление вольтметра в основном определяется сопротивлением добавочного резистора, так как сопротивление рамки измерительного механизма мало.

Но и это добавочное сопротивление не может быть очень велико, так как его значение ограничено током, который должен протекать через измерительный механизм. В реальных

вольтметрах магнитоэлектрической системы входное сопротивление не превышает нескольких десятков килоом.

Систематическая погрешность, возникающая при подключении вольтметра (вольтметр показывает не то напряжение, которое имелось до его подключения, а меньше), зависит от входного сопротивления вольтметра и от сопротивления и от сопротивления резисторов R1 и R2, т.е. высокоомности цепи. При малом сопротивлении резистора R1 погрешность стремится к нулю для любого входного сопротивления вольтметра. При определенных, отличных от нуля, значениях R1 и R2 погрешность тем меньше, чем больше входное сопротивление прибора. Стремление снизить систематическую погрешность измерения привило к необходимости создания вольтметров с высоким входным сопротивлением.

Контрольные вопросы

1. Какими параметрами определяется величина отклонения подвижной части прибора магнитоэлектрической системы?

2. Поясните, почему приборы магнитоэлектрической системы обладают высокой чувствительностью и точностью?

Подвержены ли эти приборы сильному влиянию внешних полей?

3. Функции вольтметра магнитоэлектрической системы?

4. От чего зависит величина входного сопротивления вольтметра?