Измерительная цепь прибора обеспечивает

Измерительная техника и датчики

измеряемого параметра необходим всегда, когда шкала используемого вольтметра градуирована не в тех значениях переменного напряжения, на которое реагирует детектор вольтметра. Причем, если форма изме-

ряемого напряжения отличается от синусоидальной, то, используя показания вольтметра – U V и известные значения коэффициента амплитуды К А = 1,41

и коэффициента формы К Ф = 1,11 для синусоиды (форма сигнала, на котором

осуществлялась градуировка вольтметра), можно определить только то

значение переменного напряжения измеряемого несинусоидального сигнала, которое соответствует типу используемого в вольтметре измерительного преобразователя (детектора).

Например, электронный вольтметр имеет пиковый детектор, показания его при измерении напряжения произвольной формы – U V . Следовательно

можно определить только пиковое значение измеряемого напряжения

Вторая причина, которая приводит к методическим погрешностям при измерении напряжения несинусоидальной формы, связана с наличием разделительного конденсатора в любом месте в цепи прохождения сигнала от входного разъема вольтметра (от входного контакта выносного пробника, при его наличии) до входа детектора. Если такой конденсатор в цепи имеется, то говорят, что вход у вольтметра «закрытый». При отсутствии в цепи разделительных конденсаторов вход вольтметра считается «открытым».

Если вольтметр имеет закрытый вход , то входной измеряемый сигнал

теряет на разделительной емкости постоянную составляющую (если та-

ковая имеется в сигнале) и на вход детектора попадает уже другой сигнал, параметры которого могут очень существенно отличаться от параметров сигнала, поданного на вход вольтметра. Так как по показаниям вольтметра можно определить параметры переменного напряжения, поступающего на вход детектора, а не на вход вольтметра, то возникает методическая погрешность, обусловленная потерей постоянной составляющей во входном сигнале. Если входной сигнал не имеет постоянной составляющей, то методическая погрешность этого вида не возникает и для вольтметров с закрытым входом.

Устранить эту методическую погрешность можно только расчетным путем, определив предварительно величину постоянной составляющей.

Методика устранения методической погрешности, обусловленной влиянием закрытого входа вольтметра, рассмотрена на примерах (см. примеры решения задач по соответствующему разделу в методических указаниях по изучению дисциплины).

2. ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

2.1. Аналоговые электромеханические измерительные приборы

Аналоговые электромеханические измерительные приборы относят к приборам прямого преобразования. Они состоят из электрического преобразователя (измерительной цепи), электромеханического преобразователя (измерительного механизма) и отсчетного устройства (рис. 2.1).

Источник

2.4. Измерительные цепи

Измерительная цепь представляет собой функционально-структурную схему, отображающую методы и технические средства реализации требуемой функции преобразования прибора. Измерительная цепь включает все элементы прибора от входа до устройства воспроизведения (указатель, регистратор и др.). Измерительная схема прибора – понятие более узкое, она не включает первичного преобразователя, устройства воспроизведения и др.

Измерительные цепи можно разделить на цепи прямого преобразования, когда преобразователи соединяются последовательно или параллельно согласно, и цепи уравновешивающего преобразования, когда все или основные преобразователи соединены параллельно встречно (цепи с обратной связью).

2.4.1. Измерительные схемы с делителями тока и напряжения

Измерительные цепи с параметрическими преобразователями содержат схемы делителей тока и напряжения, неравновесные мостовые схемы постоянного и переменного тока

В качестве простейших схем измерительных цепей применяют схемы делителей напряжения (рис.2.4, а) и делителя тока (рис.2.4, б), в которых измерительным прибором является логометр.

В схеме делителя напряжения падение напряжения на сопротивлениях R₁ и R₂ подаются на рамки логометров с сопротивлением R_Р. Показание логометра, пропорциональное отношению токов I₁ и I₂ в рамках, можно выразить через параметры схемы

. (2.1)

Для увеличения чувствительности схемы сопротивления рамок логометра должны быть значительно больше сопротивлений потенциометра.

Так как сопротивление рамок логометра выполняется из меди, то отношение токов (I) будет зависеть от температуры T окружающей среды. Если вос­пользоваться тем, что , где- температурный коэффициент, и обозначить =R₁/R, а (R=R₁+R₂), то получим:

, (2.2)

где

Из выражения (2) видно, что при a₀>>0 вместе с повышением чувствительности уменьшаются температурные погрешности схемы. Например, при а=3 и T=100°С температурная погрешность составляет 2,5%.

Для схемы делителя тока отношение токов I₁ и I₂ в рамках логометра будет

. (2.3)

Чувствительность этой схемы возрастает с уменьшением R_Р по сравнению с сопротивлением потенциометра R=R₁+R₂. При этих условиях температурные погрешности также уменьшаются.

2.4.2. Мостовые измерительные схемы с гальванометром

Измерительные цепи многих авиационных приборов содержат неравновесные мостовые схемы постоянного тока с гальванометрами и логометрами в качестве указателей.

Схема моста с гальванометром в качестве указателя приведена на рис.2.5, а), где R₁, R₂, R₃, R_X — сопротивления плеч моста; R_Г — сопротивление гальванометра и U — напряжение питания.

Сила тока в измерительной диагонали моста

, сила тока I в гальванометре обращается в нуль и мост находится в равновесии.

Если из сопротивлений плеч моста, например R_X, является переменным, зависящим от измеряемого параметра x, то сила тока I при этом изменяется. Следовательно, между силой тока I и сопротивлением R_X при постоянных значениях других сопротивлений и при постоянном напряжении питания U существует однозначная зависимость вида , позволяющая преобразовать изменение сопротивления в изменение силы тока. Вместо одного может быть два (рис.2.5, б) или все четыре плеча переменными.

Ток I пропорционален напряжению питания U. Если напряжение изменится на U, то сила тока изменится на I, т.е.

.

Следовательно, каждому проценту изменения напряжения соответствует процент погрешности. Поэтому для питания мостовых схем необходим источник со строго постоянным напряжением.

В авиационных приборах, содержащих мостовые неравновесные схемы, возникают температурные погрешности вследствие влияния температуры окружающей среды на сопротивление рамки, магнитную индукцию и другие параметры гальванометра. Для компенсации этих погрешностей применяют различные компенсационные устройства; чаще всего добавочные сопротивления с нулевым или отрицательным температурным коэффициентом, включаемые последовательно с рамкой гальванометра. При этом удается понизить температурный коэффициент прибора до допустимых значений путем снижения его чувствительности. Из приведенных соображений ясно, что от условий наибольшей чувствительности нередко приходится отказываться, чтобы удовлетворить другим требованиям, предъявляемым к прибору.

Источник

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.

Источник