14. Индукционные измерительные механизмы.

Индукционный механизм состоит из одного или нескольких неподвижных электромагнитов и подвижной части в виде алюминиевого диска, насаженного на ось. Взаимодействие магнитных потоков с током, наведенным в диске, вызывает перемещение подвижной части.

Индукционные механизмы по числу потоков, пересекающих подвижную часть, могут быть одноточечными (в настоящее время не используются) и многоточечными. Многоточечные делятся на два типа: с бегущим магнитным полем и с вращающимся полем.

Рисунок 29 Структурная схема индукционного механизма.

1,2- Сердечники

3- Диск.

Уравнение момента вращения диска:

где Ф₁, Ф₂ - потоки, пронизывающие диск;

с - коэффициент пропорциональности, с=с_гс₃+с₁с₄;

f - частота тока.

Р ис. 30 Устройство однофазового индукционного счетчика и схема включения.

На рисунке 30 показано устройство однофазового индукционного счетчика, где 9 – каркас и винт устройства крепления пластины регулирующий компенсационный момент, который служит для компенсации (выравнивания) момента трения, возникающего в опоре керн-подпятник. Компенсационный момент, направленный противоположно моменту трения возникает в устройстве, которое прикреплено к магнитопроводу обмотки напряжения. Трехфазный индукционный счетчик по устройству представляет собой два однофазных в одном корпусе.

Индукционный счетчик работает лишь на переменном токе.

Достоинства: значительная перегрузочная способность, нечувствительность к влиянию внешних магнитных полей из-за наличия сильного собственного магнитного поля.

Недостатки: пригодность работы только для переменного тока, чувствительность к колебаниям частоты переменного тока.

15. Ампервольтметр (тестер, мультиметр),осциллограф, генератор, авометр, мегомметр

Знакомство с мультиметром марки Ц4317М, прибор электроизмерительный, комбинированный, предназначен для измерений: силы и напряжения постоянного тока; среднеквадратичного значения силы и напряжения переменного тока синусоидальной формы, сопротивления постоянному току. Кроме того, прибор, совместно с устройством для подключения транзисторов Р4317М, входящим в комплект поставки, предназначен для поверки работоспособного состояния биполярных транзисторов с рассеиваемой мощностью до 150 мВ, в диапазонах измерения сопротивления постоянному току.

Авометр-мегомметр.

Авометр-мегомметр (рис.31) представляет собой переносной комбинированный прибор,

Рис 31 Внешний вид мегомметра

предназначенный для измерения постоянного и переменного тока, частотой 50Гц, и напряжения, а также сопротивление постоянному току, прибор предназначен для работы при t окружающего воздуха от -10 до +50°С и относительной влажности 80 %.

Технические данные:

Прибор измеряет сопротивление малое, среднее и большое, измеряет ток от 60 мА до 12А, напряжение от О,ЗВ до 1200В. Прибор не требует питания от гальванических элементов.

Прибор состоит из измерителя, имеющего ток полного отклонения 50мкА и схемы, позволяющей использовать этот микроамперметр для измерения выше указанных величин.

Тестер.

Тестер- (прибор комбинированный )с некоторыми измерительными под диапазонами для различных электрических величин, основу которого составляет измерительный механизм магнитоэлектрической системы с выпрямителями добавочными сопротивлениями, сопротивлениями сравнениями соответствующими переключателями, а так же ,указателями , схемами защиты, цепями питания, отдельными принадлежностями.

Комбинированный переносный прибор Ц4313(тестер) (рис.32) предназначен для непосредственного, измерения тока и напряжения в цепях постоянного и переменного тока, сопротивления постоянному току, емкости и относительного уровня переменного напряжения. Малое потребление прибора (20000 ом/в при постоянном напряжении и 2000ом/в при переменном напряжении) позволяет производить измерения без заметных нарушений режима j исследуемой цепи. Прибор выпускается в модификациях: Ц4313 - для работы при температуре окружающего воздуха от минус 10 до +40°С и относительной влажности до 80%.Прибор имеет большее количество пределов измерения (40). Малое количество органов управления создает удобства в эксплуатации и снижает вероятность выхода прибора и строя из-за неправильного включения.

Внешний вид прибора(рис 32) соответствует требованиям архитектоники.

Рис 32 Тестер- комбинированный прибор.

Техническая характеристика- основная погрешность прибора выражается в процентах от: конечного значения шкалы при измерении силы тока и напряжения; при измерении сопротивления постоянному току, емкости и отно­сительного уровня переменного напряжения в процентах от длины рабочей части шкалы. Дли­на рабочей части шкалы составляет (примерно) 62 мм. Основная погрешность прибора не превышает вышеуказанных значений при нормальных значе­ниях влияющих величин.

Влияние наклона - изменение показаний прибора при отклонении его от горизонтального положения на 10°в любом направлении не превышает допускаемого зна­чения основной погрешности.

Влияние температуры - изменение показаний прибора, вызванное изме­нением температуры окружающего воздуха от нормальной до любой в пределах от минус 10 до +40°С для прибора Ц4313 не превышает значений, указанных в табл. 38 на каждые 10°С изменения температуры.

Таблица 2

Тип прибора	Изменение показаний, %
	на постоянном токе	для омметра	на переменном токе
Ц4313	±1,5	±0,7	±2.5

Влияние частоты - изменение показаний прибора, вызванное изменением частоты от границы номинальной области до любого значения в смежной части расширенной области при измерении переменного тока, напряжения и относительного уровня переменного напряжения не превышает допускаемого значения •основной погрешности. Изменение показаний прибора при измерении емкости, вызванное изменением частоты источника питания на ±2% от нормального значения, не превышает половины допускаемого значения основной погрешности.

Влияние формы кривой- изменение показаний прибора, вызванное отклонением формы кривой тока или напряжения ют практически синусоидальной (с коэффициентом искажения не более 2%) под влиянием 2,3 или 5-й гармонической составляющей, равной 5% от действующего значения измеряемого тока или напряжения, не превышает допускаемого значения' основной погрешности. Обычно остроконечная кривая вызывает отрицательную, а плоская кривая-положительную погрешность показаний.

Влияние внешнего магнитного поля - изменение показаний прибора под влиянием постоянного однородного магнитного поля напряженностью 400 а/м при самом неблагоприятном направлении магнитного поля не превышает ±2,5%. Изменение показаний прибора при измерении на переменном токе под влиянием однородного магнитного поля, синусоидально - изменяющегося во времени с частотой, одинаковой с частотой тока, протекающего по испытуемому прибору, не превышает ±5%.При этом напряженность поля должна быть равна 400 а/м на частотах от 45гц до fк включительно, а для частот 1 больших к напряженность, магнитного поля (Н) должна определяться по формуле:

где: f-г- частота в гц, fк— частота 160гц. Изоляция между всеми изолированными электрическими цепями и корпусом прибора при нор­мальной температуре и влажности выдерживает в течение 1мин. действие испытательного напря­жения 2 кв практически синусоидальной формы и - частоты 50гц.

Принцип действия тестера . В приборе применен измерительный механизм магнитоэлектрической системы на растяжках с внутрирамочным магнитом. Расширение пределов измерения по току и напряжению осуществляется путем применения шунтов и добавочных сопротивлений. Выпрямление переменного тока происходит по двухполупериодной схеме выпрямления на германиевых диодах. Прибор измеряет среднее значение переменного тока или напряжения, но градуирован в действующих (эффективных) значениях при практически синусоидальной форме кривой (коэффициент формы КФ=1,11). Измерение сопротивлений производится по последовательной схеме магнитоэлектрического омметра. Измерение емкости производится по параллельной схеме выпрямительного микрофарад метра.

Конструкция. Прибор заключен в пластмассовый корпус, состоящий из двух частей: основания и крышки. 'Подобное устройство корпуса. дает возможность удобного соединения элементов схемы прибора с зажимами и гнездом. На передней табличке указаны пределы измерения, на тыльной — основные правила работы с прибором. Прибор имеет два переключателя: галетный переключатель, пределов измерения на 24 фиксированных положения и кнопочный переключатель рода работы на 3 фиксированных положения. Измерительный механизм магнитоэлектрической системы с внутрирамочным магнитом и подвижной частью на растяжках заключен в отдельный корпус.

Габаритные размеры: прибора — 115X215X90 мм,

Вес прибора не превышает: для Ц4313 — 1,5 кг,

Правила работы с прибором

Измерение тока и напряжения - Переключатель рода работы устанавливают в положение «—» при измерении на постоянном токе или в положение «~» при измерении на пе­ременном токе. Прибор включают в измеритель­ную цепь зажимами и Переключатель пределов измерения устанавливают в положение, соответствующее значению измеряемого тока. Отсчет измеряемой величины производят по шкале с обозначением 1 при измерении постоянного тока и напряжения или по шкале с обозначением «~» при измерении пе­ременного тока и напряжения.

Измерение постоянного тока с наружным шунтом - Для измерения с наружным шунтом используется предел 75мв постоянного тока. Поэтому для измерений могут быть использованы любые шунты, на которых падение напряжения соответствует указанной величине. При измерениях тока с наружным шунтом переключатель рода работы устанавливают в положение «—». Переключатель пределов измерения устанавливают в положение «—75mV». Потенциальные зажимы шунта подключают 1 зажимам прибора и Отсчет измеряемой величины производят по шкале с обо­значением «—» Предел измерения 75мв постоянного тока может быть использован не только для измерения тока с наружным шунтом, но и как самостоятельный, предел измерения. И в этом случае положе­ние переключателей прибора будет аналогичным предыдущему.

Измерение сопротивления постоянному току Измерения на пределах 0,5; 5; 50; 500 ком Источником питания служит батарея сухих элементов с внутренним сопротивлением около 5 ом. Переключатель рода работы устанавливают в положение fк. Соединительные провода замыкают накоротко и вращением ручки «Уст. 0» устанавливают стрелку на нулевую отметку шкалы«Ω, кΩ». (Если не удается устано­вить стрелку прибора подобным образом, следует сменить батарею сухих элементов. Диапазон регулировки рассчитан на напряжение батареи от 3,7 до 4,7 в). После указанной регулировки прибора соедини­тельное провода размыкают и к ним присоеди­няют измеряемое сопротивление. Отсчет измеряемой величины» производят по шкале «Ω, кΩ»

Измерение тестером на пределе 5 Мом Источником питания служит наружная батареи с напряжением 33-—43 в. В случае отсутствия внутреннего источника питания, наружный источ­ник должен иметь напряжение 37—47 в. а контактные пластины подключения внутреннего источник ка питания должны быть замкнуты. Переключатели прибора устанавливают в положения, указанные выше. Батарею подключают к зажиму прибора отрицательным полюсом и к зажиму положительным полюсом. Вращением ручки «Уст. О» стрелку прибора устанавливают на кулевую отметку шкалы «Ω, кΩ». Положительный полюс батареи отключают от зажима и между полюсом и зажимом включают измеряемое сопротивление. Отсчет производят по шкале «Ω, кΩ». Для замены батареи сухих элементов необходимо, отвинтив 3 винта, снять тыль­ную табличку и, обращая внимание на поляр­ность электродов, установить новую батарею.

Измерение емкости Источником питания служит сеть переменного тока частоты 50гц с напряжением 190—245 в. Переключатель рода работы устанавливают в положения «r_x» и«~», что соответствует «С_х», а переключатель пределов измерения в положение «pF*1000». Сеть подключают к зажимам прибора и Вращением ручки «Уст. 0» стрелку прибора устанавливают на кулевую, отметку шкалы «pF». Измеряемую емкость (кроме электролитической) подключают к зажиму и к гнезду «С_х» Отсчет производят по шкале «pF»умножая показания прибора на 1000. Напряжение, по­даваемое на измеряемый конденсатор, не превы­шает 220 в переменного тока частотой 50 гц Закорачивание зажима и гнезда «С_х», например, при пробое измеряемого конденсатора для прибора безопасно.

Измерение относительного уровня переменного напряжения В проводной связи и радиотехнике для выражения отношения напряжения, а также для измерения уровней затухания, усиления или ослабления этих величин применяется международная логарифмическая единица децибел. За абсолютный уровень переменного напряжения принято напряжение, равное 0,775 в, что соответствует рассеиваемой мощности 1 мвт на сопротивлении 600 ом. Относительный уровень переменного напряжения, выраженный в децибелах, определяется по формуле:

где:Ux — измеряемое напряжение в вольтах.

Таблица 3.

Пределы измере­ния,в	1,5	3	7,5	15	30	60	150	300	600
Увеличение отсчета по шкале	—6	0	+8	+ 14	+20	+26	+34	+40	+46

При измерениях на пределе 3.0 отсчет относительного уровня переменного напряжения производится по шкале «dB» непосредственно. При переходе на другие пределы измерения переменного напряжения показания прибора необходимо увеличивать в соответствии с табл. 7. При измерениях напряжения на линии с волновым сопротивлением 600 ом прибор можно использовать в качестве нагрузки, так как его сопротивление на пределе 3в составляет 600 ом.

Омметр-тестер.

Если в схемах, представленных на рис.33, в качестве измерителя l использовать магнитоэлектрический миллиамперметр, то при соблюдении условия U –const показания будут определяться величиной сопротивления, r_x ,т. е. шкалу можно отградуировать в омах.

Действительно, из рис. 1, следует, что для последовательной схемы

(1)

А для параллельной (2)

Так как все величины в правой части уравнений (1) и (2), кроме r_x , постоянны, то угол отклонения определяется величиной r_x . Такой прибор называется омметром. Из выражений (1) и (2) следует, что шкалы омметров обоих типов неравномерны. У первого типа, в отличие от второго, нуль шкалы совмещен с максимальным углом поворота подвижной части. Омметры с последовательной

Рис 33 Схемы омметров: а- последовательная, б- параллельная

схемой более пригодны для измерения больших сопротивлений, а с параллельной схемой –малых.

Обычно Омметры выполняются в виде переносных приборов сравнительно небольшой точности (классов 1,5 или 2,5) и в качестве источника питания имеют сухую батарею. С течением времени напряжение батареи падает, т. е. поставленное нами условие U= const не выполняется. Вместо этого трудно выполнимого на практике условия поддерживается постоянной величина произведения BU= const. Для этого в магнитную систему прибора встраивается магнитный шунт – ферримагнитная пластинка , замыкающая полюса так, что часть потока проходит через полезный воздушный зазор, а часть – через магнитный шунт. Пластинку можно перемещать с помощью ручки, выведенной на наружную панель. При перемещении пластинки меняется её магнитное сопротивление относительно полюсов (обычно переменной является площадь сечения пластинки)

Для регулировки омметра с последовательной схемой перед измерениями замыкают накоротко его зажимы с надписью r_x и в том случае, если стрелка не устанавливается на отметке 0, перемещают её до этой отметки с помощью шунта. Регулировка омметра с параллельной схемой производиться при отключенном сопротивлении r_x. Вращением рукоятки шунта указатель устанавливают на отметку шкалы, соответствующею назначению z_x=∞ . В некоторых омметрах для регулировке используется не магнитный шунт , а сопротивления.

Генератор.

Генераторы колебаний предназначены для получения сигналов

различной формы с заданной амплитудой и частотой (рис.34).

Рисунок 34 График колебаний сигнала.

где Um - амплитуда - максимальное отклонение от начального значения, Т(с) - Время одного полного колебания,

f- частота (Гц).

Рис.35 Генератор

Измерительные генераторы (рис.35) широко применяются в технике при настройке и проверке приборов, определение характеристики схем, испытание сложных систем и т.д. По назначению они деляться на генераторы: сигналов низких частот(инфразвуковых и сверхвысоких частот)Г3…; сигналов высоких частот (высоких и сверхвысоких)Г4…; импульсов Г5..; шумовых сигналов Г2..; сигналов специальной формы Г6..; качающейся чистоты(свип-генераторы) Г8… Измерительные генераторы характеризуются рядом параметров, важнейшими из которых являются следующие.

Диапазон частоты выходного сигнала. Современные генераторы перекрывают широкий спектр частот от сотых долей герца до частот СВЧ- диапазона. Для получения широкого диапазона частот генераторы обычно выполняются с несколькими поддиапазонами.

Параметры, характеризующие форму выходного сигналы. Генераторы синусоидального сигнала характеризуются коэффициентом нелинейных искажений. Для генераторов прямоугольных импульсов указывается длительность фронта и спада импульса, величина

Рис 36 (1,2)

выбросов на вершине импульса и после его окончания, величина спада плоской вершины импульса. Неравномерность частотной характеристики генератора показывает величину изменения выходного сигнала при изменении частоты.

Погрешность установки частоты .Эту погрешность показывают двучленной формулой вида Гц. Где f- частота выходного сигнала. Кроме погрешности установки часто нормируют уход частоты после предварительного прогрева генератора. Погрешность установки выходного напряжения определяется погрешностью вольтметра на выходе генератора и погрешностью аттенюатора, которые обычно указываются в паспорте.

Измерительные генераторы должны иметь широкие пределы изменения выходного напряжения(мощности), его высокую стабильность, хорошую экранировку для снижения излучения электромагнитных волн, кроме выхода генератора, низкий уровень шумов на выходе.

Обобщенная структурная схема измерительных генераторов, приведена на рис.36.1, имеет задающий генератор I , усилитель-формирователь ‘2’ и выходное устройство ‘3’. Задающий генератор вырабатывает сигнал заданной формы и частоты. От качества задающего генератора зависят основные метрологические характеристики всего устройства. Усилитель-формирователь в генераторах детерминированных сигналов представляет собой линейное устройство, благодаря которому можно получить требуемое выходное напряжение (мощность). Как правило, он обеспечивает главную плавную регулировку выходного напряжения. Выходное устройство генератора содержит аттенюатор для ослабления выходного сигнала и элементы согласования генератора с нагрузкой.

Генераторы синусоидальных сигналов. В генераторах синусоидальных сигналов в качестве задающих устройств используются RC или LC-генераторы. RC-генераторы применяются в диапазоне звуковых и ультразвуковых частот, а LC –генераторы- в диапазоне высоких частот.

Инфранизкочастотные генераторы по схеме RC-или LC-генераторов не выполняются. Это объясняется тем, что на инфранизких частотах необходимы большие номиналы резисторов, конденсаторов, индуктивностей. При этом растут размеры элементов и снижается точность их изготовления.

Хорошие характеристики можно получить, используя схему генератора рис.36(2). Выходной сигнал данной схемы является решением дифференциального уравнения следующего вида:

(1)

Решая данное уравнение, получаем (2) Т.е. синусоидальный сигнал с частотой

(3)

Интеграторы и инверторы выполняются на операционных усилителях. Плавное изменение частоты выходного сигнала осуществляется изменением коэффициентов деления a₁ и a₂ , а ступенчатое- изменением значений резисторов и конденсаторов, определяющих постоянные временя интеграторов. Схема генератора позволяет установит желаемую начальную фазу колебаний, что существенно на инфранизких частотах. Для установки начальной фазы заряжают времязадающие конденсаторы в интеграторах до определенного напряжения. Практические схемы инфранизкочастотных генераторов имеют дополнительную цепь положительной обратной связи для обеспечения устойчивых незатухающих колебаний и узел нелинейной функции, обеспечивающий стабильность амплитуды выходного сигнала генератора.

Осциллограф

Электронно-лучевая трубка

Значение и область применения электронного осциллографа в настоящее время очень велики. Главнейшими преимуществами его по сравнению с электромеханическим осциллографом являются нич­тожно малое собственное потребление мощности от испытуемого источника напряжения и возможность исследования процессов, частота которых достигает сотен мегагерц, а также весьма кратко­временных непериодических явлений.

Основным элементом электронного осциллографа является элект­ронно-лучевая трубка.

В качестве источника электронной эмиссии в трубке могут быть использованы как холодные, так и накаленные катоды. Формиро­вание электронного луча и управление его перемещением в зависи­мости от различных законов исследуемых явлений производятся при помощи либо электрических, либо магнитных полей.

В современной технике осциллографирования в большинстве случаев применяются электронно-лучевые трубки с горячим катодом и электростатическим управлением.

Устройство такой трубки схематически показано на рис. 37. В на­чале горловины помещено устройство для создания фокусирован­ного пучка электронов (электронного луча), называемое «электрон­ной пушкой», или «электронным прожектором». «Электронная пушка» состоит из подогревного катода, управляющего электрода или сетки и двух анодов.

Изменение потенциала управляющего электрода дает возмож­ность регулировать плотность электронов в пучке и тем самым менять яркость изображения. Кроме того, при помощи сетки производится предварительная фокусировка электронного пучка. Окончательная

Рис. 37. Устройство электронно-лучевой трубки с горячим катодом.

фокусировка осуществляется в поле между первым и вторым анодами. Фокусировка регулируется путем изменения напря­жения на первом аноде, который поэтому называется фокусирующим. Необходимое ускорение электронов в поступательном направлении обеспечивается вторым анодом, вследствие чего он иногда называется ускоряющим. Обычно между сеткой и первым анодом помещается еще добавочный, ускоряющий, электрод (на рис. 37. не показан), который соединен со вторым анодом и служит для устранения влияния регулирования фокусировки на яркость све­тящегося пятна.

Электронный пучок в конце своего пути попадает на внутреннюю торцовую поверхность расширенного конца колбы, называемую экраном. Эта поверхность покрыта специальными составами — люминофорами, которые обладают способностью светиться под действием электронной бомбардировки в тех местах, куда попадают электроны. Если на пучок электронов на его пути между вторым анодом и экраном воздействовать отклоняющими силами, возни­кающими при прохождении пучка в электрическом поле, то светя­щееся пятно на экране будет соответственно перемещаться. Таким образом, электронный пучок можно уподобить подвижной части измерительного механизма прибора, отклонения которой зависят от напряжения, приложенного к отклоняющим пластинам.Отклоняющая система электронно-лучевой трубки состоит из двух пар пластин, расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях (рис. 37). Пластины, лежащие в горизонтальной плоскости, отклоняют луч в вертикальном направлении и назы­ваются электродами вертикального отклонения, или y-электродами; пластины, лежащие в вертикальной плоскости и смещающие луч в горизонтальном направлении, называются электродами горизонтального отклонения, или х-электродами. Если к какой-либо паре пластин приложить переменное напряжение, то луч прочертит на экране светящуюся прямую линию. Определим величину смещения светящегося пятна от исходного положения в результате прохож­дения луча в поле отклоняющих пластин. Пусть l (рис. 38) — длина пластин,

Рис. 38. Смещение электронного луча под дейст­вием электростатического поля.

а — расстояние между ними, L — расстояние от пластины до экрана и U — напряжение, приложенное к пластинам.

Пренебрегая искажениями у краев пластин, полагаем электри­ческое поле внутри них равномерным, т. е. считаем, что напряжен­ность поля

Электрон, движущийся прямолинейно и равномерно с начальной скоростью v₀, проходя между пластинами, смещается в сторону, противоположную направлению силовых линий поля. Как известно, движение электрона в поперечном электрическом поле описывается уравнением

где е — заряд электрона;

m — его масса; X и Y — координаты электрона.

Для точки б (в месте выхода электрона из пространства между пластинами) уравнение примет вид

Выходя за пределы пластин, электрон продолжает перемещаться прямолинейно по касательной к 0б.