Лекции по "Метрологии"

  (3). Электродинамические измерительные механизмы.

  Вращающий момент возникает в результате взаимодействия магнитных полей неподвижной и подвижной катушки.

  Обозначается:                . 
 
 
 

  При наличии токов в обмотках катушек возникают силы, стремящиеся повернуть подвижную часть так, чтобы магнитные потоки I₁ и I₂ совпадали.

  М₁₂ - взаимная индуктивность.

            .

  Выводы: а). При одновременном изменении I₁ и I₂ знак угла не меняется => применяется для измерения в цепях переменного и постоянного тока; б). Характер шкалы зависит от взаимной индуктивности М₁₂ , т.е. от  формы и взаимного расположения катушек. 

  (4). Ферродинамические механизмы.

  Отличие от э/динамических в том, что у них неподвижная катушка расположена на сердечнике из ферромагнитного материала. 

      .

  (5). Электростатические измерительные механизмы.

  Вращательный момент возникает в результате взаимодействия двух систем заряженных проводников, одна из которых является подвижной. По конструкции различают: а). измерительный механизм с переменной активной площадью пластин (для низких напряжений - до сотен вольт); б). с переменным расстоянием между пластинами (для кВ). 
 

  Их (пластины) заряжают противоположными по знаку зарядами. Возникают силы притяжения. Пластины стремятся войти внутрь камер, вызывая закручивание упругих элементов. При М_вр =М_пр  указатель покидает измеряемое напряжение.

       ;       ;          .

  Выводы: а). Применяется в цепях переменного и постоянного тока; б). Шкала прибора не равномерна. 
 

  (6). Индукционныый измерительный механизм. 
 

  Состоят из одного или нескольких неподвижных э/м-тов и подвижной части, выполненная обычно в виде алюминиевого диска, в котором переменные магнитные потоки Ф₁ и Ф₂ индуктируют вихревые токи. Взаимодействия магнитных потоков с токами в диске вызывает перемещение подвижной части. 
 
 

  31. Электроизмерительные преобразователи.

  32. (1). Масштабные преобразователи.

  К ним относятся: шунты, делители напряжения, измерительные трансформаторы, усилители. 

  а). Шунты. Служат для расширения пределов измерения по току приборов магнитоэлектрической системы. Имеют два токовых (ТТ) и два потенциальных (ПП) зажима. Токовые зажимы мощнее, их переходное сопротивление меньше. 
 
 
 

  n - коэффициент трансформации.

  б). Делители напряжения. 

   ;      ;    
 

  в). Добавочные резисторы. 
 

         ;       - коэффициент преобразования. 

  г). Измерительные усилители.

  Усилитель - активный масштабный преобразователь. В котором увеличение мощности входного сигнала осуществляется за счет энергии, вспомогательного источника питания.

   Используется для расширения пределов измерения в сторону малых сигналов. Бывают: по частоте сигнала: для постоянных токов и напряжений, низкочастотные, высокочастотные, селективные; по исполнению: электронные, электрометрические, фотогальванические; по роду усиления сигнала: усилитель тока, усилитель напряжения; по числу каскадов: с каскадами; по виду каскадных связей. Характеризуется коэффициентам усиления. 
 

         .

  В многокаскадном усилителе:

      .

  Отрицательная обратная связь позволяет повысить точность измерительных усилителей. 

  (2). Выпрямительные преобразователи. (преобразователи рода тока).

  Входные величины - переменный ток и напряжение, на выходе - постоянные ток и напряжение.

  С целью применения магнитоэлектрических измерительных механизмов с их достоинствами в качестве средств измерения. В качестве преобразователе используются диоды, термопреобразователи, электронные лампы, транзистор.

  Достоинства диода: большой срок службы, малые габариты, компактность, простота, надёжность, высокая чувствительность, малое потребление мощности.  Недостатки: нелинейность характеристик, их температурные и частотные зависимости, нестабильность во времени. 

  Различают схемы однополупериодные и двухполуполупериодные. 

  Однополуп.:  Двухполуп.:  
 
 
 
 
 
 

  Иногда в схемах двухполуп-ого выпрямителя используется лишь два диода, а остальные заменяются резисторами. Это ведёт к снижению температурной погрешности, но и к понижению чувствительности.

  Основными параметрами являются их амплитудное значение (I_M,U_M), среднеквадратичное или действующее (I,U), средне выпрямительное (I_СВ, U_СВ).

      -  коэффициент формы.

      -  Коэффициент амплитуды.       Для

  Выпрямительные приборы обычно градуируются в среднеквадратичных (действительных) значениях синусоидального тока или напряжения. При градуировке прибора его включают в цепь синусоидального тока, полученный результат измеряют по шкале магнитоизмерительного механизма и умножают на 2,22 для однополупер-ой схемы и на 1,11 для двухполупер-ой и наносят на шкалу выпрямительного прибора.

      -   для сигнала несинусоидальной формы.

  (3). Измерительные трансформаторы.

  Делятся: на трансформаторы тока и трансформаторы напряжения. Используется как преобразователь больших токов и напряжений в относительно малые, допустимые для измерений приборами с небольшими стандартными пределами измерений.

  Основное назначение: 1). Расширение пределов измерения в определённое количество раз; 2). Гальваническое разделение первичной и измерительной цепи; 3). Согласование отдельных частей измерительного прибора; 4). Для обеспечения безопасности персонала, обслуживающего приборы; 5). Упрощение конструкции прибора. 
 
 

  Правила включения: 1). Вторичная цепь ТТ должна быть всегда замкнута накоротко или замкнуто на измерительный прибор (амперметр); 2). На стороне первичного напряжения должны быть включены предохранители, на оба провода для защиты ТН от неисправного измер. прибора. Во вторичной цепи предохранитель должен быть включён лишь на провод заземления; 4). При одновременном включении ТТ и ТН их вторичные цепи и корпуса д.б. заземлены проводом с min сечением 16мм².

  (4). Преобразователи неэлектрических величин.

  Причины применения электрических приборов для измерения величин: 1). Позволяют лучше осуществлять дистанционное управление; 2). Электроизмерительные приборы легче поддаются автоматизации. Автоматизация исключает субъективные свойства оператора, позволяет проводить непрерывно измерения и математические операции над результатами измерений, вводить поправки, интегрировать, дифференцировать результат; 3). Более удобные, чем неэлектрические для решения задач автоматического управления; 4). Дают возможность регистрировать как медленно меняющиеся так и быстро меняющиеся величины и имеют широкий диапазон измерений.

  Структурная схема преобразователя включает: измерительный преобразователь, электрическое измерительное устройство.

   - уравнение преобразования.

  Характеристики преобразования: воспроизводимость функции преобразования, постоянство во времени функции преобразования, вид функции преобразования, погрешность, чувствительность, обратное воздействие преобразователя на измеряемую величину, динамические свойства преобразователя, влияние внешних факторов, взрывобезопасность, надёжность.

  Две группы преобразователей (по принципу действия): 1). Параметрические; 2). Генераторные.

  1). Параметрические преобразователи.

  Входной величиной м.б. разнообразные величины, а выходной - параметры электрической цепи (R, L, C). Они требуют использования дополнительного источника питания.

  а). Реостатные преобразователи: основаны на измерении R проводника под влиянием входной величины - перемещение;

  б). Тензочувствительные (тензорезисторы): на выходе - R, на входе - деформация. Применяется для измерения деформации и др. величин,  вызывающих эту деформацию. Основаны на тензоэффекте, заключающимся в измерении активного R проводника (полупроводника) под действием, вызываемого в нём механического напряжения и деформации.

               S - коэффициент тензочувстсвительности.  

  Преобразователь наклеивается на поверхность исследуемой детали так, чтобы направление ожидаемой деформации совпадало с продольной осью проволочной решётки, либо крепится на упругом элементе, который воспринимает измерение измеряемого параметра, измеряя R.

  в). Термочувствительные (терморезисторы): на входе - t^o (термисторы); на выходе - R (термосопротивления).

  Основаны на свойстве проводников (полупроводников) существенно изменять своё R при изменении t^o. Выпускаются в виде стержней, трубок, дисков, шайб, бусинок, размером от нескольких мкм до нескольких см. Используются в системах дистанционного и централизованного управления, роторной сети теплового контроля, в схемах температурной компенсации, измерения вакуума и скорости движения газов и жидкостей.

  Основные параметры: диапазон рабочих t^o, температурный коэффициент R (ТКС) определяется как относительное приращение в % при изменении t^o на 1К. Различают терморезисторы с отр. ТКС и с положительным ТКС. 

  г). Электролитические преобразователи. Основаны на явлении диссоциации, т.е. расщеплении молекул раствора на положительные и отрицательные ионы и зависимости электрического R электролита от его концентрации. Применяются для измерения концентрации растворов, давления, перемещения, скорости, ускорения. 

  д). Индуктивные преобразователи: на выходе - индуктивность, на входе - магнитное сопротивление. Принцип действия основан на взаимной индуктивности обмоток на магнитопроводе от положения, геометрических параметров и магнитного состояния элементов их магнитной цепи.