Применение магнитоэлектрических измерительных механизмов.

Магнитоэлектрические гальванометры.

Гальванометрами называются приборы с высокой чувствительностью.

Устройство гальванометра показано на рисунке:

В общем, виде угол поворота подвижной части гальванометра можно записать как

Траектория движения подвижной части гальванометра во времени определяется показателем b, который называется степенью успокоения и определяется соотношением внутренних сопротивлений электрической части прибора и сопротивлением внешней цепи.

где: Rг- сопротивление рамки (катушки) гальванометра;

Rвн. кр- Критическое сопротивление внешней цепи;

Rвн- сопротивление внешней цепи.

Rвн. кр- называется наибольшее сопротивление, при котором подвижная часть гальванометра, двигаясь апериодически, достигает установившегося значения за минимальное время.

Таким образом, можно выделить три режима движения подвижной части гальванометра:

Периодический (<1)- подвижная часть совершает колебания около отметки действительного значения измеряемой величины.

Апериодический (>1)- подвижная часть достигает установившегося значения без колебаний.

Критический (=1)- подвижная часть достигает установившегося значения без колебаний за минимальное время.

Иллюстрация сказанного выше представлена на рисунке:

Если внешняя цепь гальванометра разомкнута (Rвн = ;, = 0), то его подвижная часть совершает свободные колебания с частотой и периодом .

.

Чувствительность гальванометра по току Si и по напряжению Su определяются соответственно как:

Можно вывести связь между чувствительностью гальванометра по току и по напряжению:

Реальная чувствительность гальванометров может достигать значения 1011  мм/А*м.

Баллистический гальванометр.

Баллистический гальванометр- гальванометр с увеличенным, по сравнению с рассмотренным ранее, моментом инерции подвижной части.

Данный тип гальванометра применяется в том случае, если в измеряемом сигнале выполняется соотношение:  tи << T0.

Однако в этом случае возникает так называемый баллистический бросок. Значение баллистического броска (величины отклонения рамки) определяют как:

где Q=i*ti- количество электричества (импульс тока) А*с.

Баллистическая чувствительность в этом случае:

.

Имеется уравнение, которое устанавливает связь между баллистической чувствительностью и степенью успокоения гальванометра.

.

Примерная зависимость Sб=f() приведена на рисунке.

Условия применения гальванометров.

Чувствительность гальванометра не должна превышать действительно необходимую.

Период собственных колебаний должен быть минимальным у обычных и максимальным у баллистических гальванометров.

Критическое сопротивление не должно превышать сопротивление цепи более чем на 10…20%.

Магнитоэлектрические амперметры.

Магнитоэлектрический механизм может быть применен в амперметрах. Однако в виду высокой чувствительности по току Si, непосредственно механизм может измерять только малые значения тока (микроамперы или миллиамперы). Для расширения пределов измерения по току применяют шунтирование магнитоэлектрического механизма. Для этой цели используют специальные сопротивления с нормированными метрологическими свойствами, называемыми шунтами.

Схема шунтирования механизма показана на рисунке.

Величину шунта можно рассчитать из соотношения:

где - коэффициент деления, называемый также множителем шкалы.

Обычно Rш=10-2…10-3 Ом.

Магнитоэлектрические вольтметры.

При измерении напряжения при помощи магнитоэлектрического механизма необходимо снизить ток, протекающий через измерительный механизм. Для этого применяют добавочные сопротивления, которые включаются последовательно с измерительным механизмом. Схема включения добавочных сопротивлений показана на рисунке.

Расчет добавочных сопротивлений производится исходя из соотношений:

где - коэффициент расширения предела измерения или множитель шкалы.

Комбинированные аналоговые измерительные приборы. Аввометры.

Аввометры- (ампер., вольтметры) универсальные многопредельные приборы, позволяющие измерять напряжение и ток в частотном диапазоне 20…20*103 Гц.

Для измерения переменных напряжений и токов во входную цепь измерительного механизма включают выпрямители. Основные схемы выпрямителей и соотношения, поясняющие их работу, приведены ниже.

Вращающий момент в данном случае определяется как:

где m(t)- мгновенное значение вращающего момента;

Iи=Iср - средневыпрямленное значение тока, протекающее через измерительный механизм.

Из равенства М=Мвытекает уравнение шкалы прибора данного типа:

SI- чувствительность прибора по току.

В приведенной схеме применен однополупериодный выпрямитель, выполненный на диоде VD1. Диод VD2 и резистор R необходимы для выравнивания воздействия прибора на измеряемую цепь при прохождении отрицательного полупериода тока (напряжения).

В случае однополупериодного выпрямления, имеем:

кф- коэффициент формы (для синусоиды 1.11);

Коэффициент 0.45- называется коэффициентом градуировки шкалы.

Рассмотрим схемы двухполупериодного выпрямления.

В случае применения этих схем ток, протекающий через измерительный механизм, определяется как:

0.9- коэффициент градуировки шкалы.

В случае применения второй схемы необходимо соблюдать условие: R1=R2=R. В этом случае ток, протекающий через измерительный механизм, можно определить следующим выражением:

При практическом выполнении выпрямительных схем следует обратить внимание на выбор диодов по следующим параметрам: прямой ток диода, обратное напряжение диода, рабочая частота диода и прямое напряжения диода которое ограничивает нижний предел измерения напряжения.

Классы точности большинства аввометров 1,5; 2,5; 4.

Далее приводятся схемы двух предельного выпрямительного амперметра и трех предельного выпрямительного вольтметра.

Схема двух предельного амперметра.

Схема трех предельного вольтметра.

Тепловые измерительные приборы.

В некоторых случаях измерить электрическую величину непосредственно бывает невозможно. В этом случае одним из вариантов ее измерения является измерение тепловых проявлений, которые вызывает данная электрическая величина в проводнике. Некоторые схемы тепловых измерений представлены на рисунке:

а

б

в

тепловые преобразователи строятся на основе термопар ЕК.

Тепловые преобразователи могут выполняться по: а- контактной схеме, б- бесконтактной схеме и в- по мостовой схеме.

Э.Д.С., вырабатываемая на конах термопар (тепловая Э.Д.С.) может быть определена по формуле:

где - температурный коэффициент термопары;

QСП и QСВ - температура, соответственно, соединенных и свободных концов термопары.

Уравнение шкалы таких приборов следующее: