Файл: Электрические измерения. Общий курс учебник.pdf

сердечников делаются из тонкой проволоки с большим числом витков. Первич­ ные обмотки соединяются последовательно и через добавочное сопротивление приключаются к измеряемому напряжению.

Вторичные обмотки сердечников соединяются параллельно и встречно для взаимной компенсации в первичных обмотках индуктированных э. д. с , которые

.могут достигнуть значительной величины из-за большого числа витков первич­ ных обмоток. Трансформаторы напряжения постоянного тока, так же как и трансформаторы постоянного тока, имеют погрешность коэффициента транс­ формации, которая главным образом зависит от характеристик материала сер­ дечника.

Глава четвертая

ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИМИ ПРИБОРАМИ

16.Измерение постоянных токов, напряжений

иколичества электричества

Общие замечания. Измерение постоянных токов и напряжений в подавляющем большинстве случаев производится посредством маг­ нитоэлектрических амперметров и вольтметров. Иногда для этой цели применяют также электромагнитные, электродинамические, ферродинамические и электростатические приборы, а также потен­ циометры постоянного тока (см. гл. 6).

Для измерения малых количеств электричества, протекающих в течение коротких промежутков времени (доли секунды), применяют главным образом баллистические гальванометры. Большие количе­ ства электричества, протекающие за большой промежуток времени (порядка нескольких часов), измеряют кулонметрами.

Магнитоэлектрические амперметры и вольтметры. Измерительные механизмы магнитоэлектрических амперметров и вольтметров прин­ ципиально не, различаются между собой. В зависимости от назначе­ ния прибора (для измерения тока или напряжения) меняется его измерительная цепь. В амперметрах измерительный механизм вклю­ чается в цепь непосредственно или при помощи шунта. В вольтмет­ рах последовательно с измерительным механизмом включается доба­ вочное сопротивление, и прибор подключается к тем точкам схемы, менаду которыми необходимо измерить напряжение.

Амперметр без шунта применяется в том случае, если весь из­ меряемый ток можно пропустить через токоподводящие пружинки (или растяжки) и обмотку рамки измерительного механизма, Обычно эта величина не превышает 20'—30 мА, т. е. такая схема возможна только для микро- и миллиамперметров.

Характер измерительной цепи в значительной степени опреде­ ляется также допустимой температурной погрешностью и пределом измерения прибора. /

Изменение температуры прибора сказывается на его работе сле­ дующим образом.

1. При повышении^температуры удельный противодействующий момент пружинок (или растяжек) уменьшается примерно на 0,2—

104

Так как ослабление пружинок и уменьшение потока магнита вы­ зывает температурную погрешность, примерно одинаковую по вели­ чине, но с разными знаками, то эти два явления практически взаимно компенсируют друг друга.

2. Изменяется электрическое сопротивление обмотки рамки и пружинок. Это является основным источником температурной пог­ решности магнитоэлектрических приборов.

В большинстве случаев температурная погрешность вольтметров является незначительной. Это объясняется тем, что температурный коэффициент сопротивления цепи вольт­ метра определяется не только «медной» частью обмотки измерительного механиз­ ма, но и добавочным сопротивлением, вы­ полняемым из материала с очень малым температурным коэффициентом сопротив­ ления (манганина).

Наиболее неблагоприятным в отноше­ нии влияния температуры является ам­ перметр с шунтом. При повышении темпе­ ратуры и неизменных значениях измеряе­ мого тока и сопротивления шунта г ш (шунт, как указывалось выше, выполняет­ ся из . манганина) ток / , протекающий через измерительный механизм, умень­ шается и появляется отрицательная по­ грешность.

в приборах высоких классов точности (0,5; 0,2; 0,1). В такой схеме последова­ тельно с медным сопротивлением рамки включается сопротивление из манга­ нина г3 . Эта цепь шунтируется сопротивлением гг из материала с большим тем­ пературным коэффициентом (меди или никеля) и через последовательно вклю­ ченное манганиновое сопротивление г2 подключается к шунту г ш . При повыше­ нии температуры возрастают сопротивления рамки и rs. Однако поскольку по­ следовательно с рамкой включено сопротивление г2, имеющее практически нулевой температурный коэффициент, то по сравнению с цепью рамки увели­ чение сопротивления в цепи гг будет больше. Поэтому изменится распределение

105

токов / и Іг таким образом, что в обмотку рамки будет ответвляться несколько большая часть общего тока, чем раньше. Так как сопротивление между точками а и с увеличивается, а ток Іх не изменяется, напряжение и,ф между этими точ­ ками несколько увеличится. Поскольку же сопротивление г„ с увеличением

В последнее время все чаще применяются схемы с полупроводниковыми терлюрезпеторами (рис. 57, в). Терморезистор обладает значительным отрица­ тельным температурным коэффициентом порядка — (25—35)°о на 10°С. Кон­ структивно такие терморезпеторы (например, типа МТТ-8) выпускаются в виде шайб в герметическом корпусе. Благодаря высокому значению температурного коэффициента сопротивление терморезистора в схеме компенсации .может быть

необходимой величины температурного коэффициента резистора и уменьшения влияния разброса характеристик терморезисторов последние шунтируются . манганиновым резистором r t .

В настоящее время терморезпеторы применяются в приборах средних клас­ сов точности (например, в миллнвольтмпкроамперметре типа M 1200, класса 0,5).

При создании приборов для измерения очень малых напряжений (напри­ мер, э. д. с. термопар) желательно, чтобы все напряжение подводилось непо­ средственно к цепи измерительного механизма. В этом случае температурная компенсация осуществляется не с помощью схем, а посредством термомагнит­ ного шунта. Такой шунт выполняется из специальных магнитных материалов (сплавов меди с никелем или железа с никелем), у которых магнитная прони­ цаемость существенно уменьшается при возрастании температуры. Конструк­ тивно термомагннтный шунт представляет собой пластинки, которыми замы­ каются полюсные наконечники постоянного магнита. При повышении темпера­ туры магнитное сопротивление шунта возрастает, что приводит к увеличению индукции в воздушном зазоре и показания прибора будут мало зависеть от температуры.

Магнитоэлектрические амперметры и вольтметры выпускают переносными и щитовыми. Переносные приборы в большинстве слу­ чаев делают высокоточными (классов 0,1—0,5), многопредельными (до нескольких десятков пределов) и часто комбинированными (на­ пример, вольтамперметрами). В качестве многопредельного комбини­ рованного прибора можно указать, например, на милливольтмикроамперметр типа М1200 класса 0,5. Прибор имеет 22 предела измере­ ния: 11 но напряжению (от 3 мВ до 750 В) и 11 по току (от 3 мкА до 7,5 мА). Щитовые приборы выпускают с круглыми и квадратными

вается электроизмерительный прибор с неградуированной шкалой, имеющий высокую чувствительность к току или напряжению. Галь­ ванометры широко используются в электроизмерительной технике в качестве нуль-индикаторов, а также для измерения малых токов, напряжений и количеств электричества, если известна постоянная гальванометра (цена деления).

1 Теория движения подвижной части гальванометра рассмотрена в § 21.

106

Кроме магнитоэлектрических, существуют и некоторые другие виды гальванометров, например электростатические, называемые электрометрами. Однако их применение весьма ограничено.

Основное требование, предъявляемое к гальванометрам, — высо­ кая чувствительность, которая достигается, главным образом, путем уменьшения противодействующего момента и использования светового указателя с большой длиной луча.

По конструктивному оформлению различают: а) гальванометры пере­ носные (со встроенной шкалой), в которых используются как стрелоч­ ные, так и световые указатели; б) гальванометры зеркальные, с от­ дельной шкалой, требующие стацио­ нарной установки по уровню.

осуществляется посредством подвеса 2 и безмоментной нити 4. Для измерения угла поворота рамки служит зеркальце 3, на которое фокусируется луч света от специального осветителя.

Зеркальный отсчет можно производить двояким способом: субъ­ ективным и объективным. В первом случае (рис. 59, а) на постоянном

Рис. 59. Схемы зеркальных способов отсчета: а — субъек­ тивного; б — объективного

расстоянии от зеркальца 1 и параллельно его плоскости размещается освещенная (со стороны зеркальца) шкала 2 с делениями. Отраженный от зеркальца луч света направляют в зеркальную трубу 3 и притом так, чтобы наблюдатель видел в ней часть шкалы. Одну из отметок шкалы совмещают с вертикальной чертой, нанесенной на объективе трубы. Если катушка повернется на угол а, то наблюдатель увидит уже другую отметку, отстоящую от первой на расстоянии п делений.

107

При объективном методе отсчета (рис. 59, б) на зеркальце направ­ ляют от лампы узкий пучок света, который, отразившись от него, па­ дает на шкалу в виде тонкой световой полоски. При повороте рамки на угол а световая полоска перемещается вдоль шкалы на расстояние

пделении.

Вобоих случаях угол поворота катушки в радианах определяется из выражения lg 2а — п:1, т. е. п не пропорционально а.

При малых углах отклонения (не более 3°) можно тангенс заме-

метры имеют постоянную до 10"11 А-м/мм; у переносных гальвано­ метров цена деления примерно 10~8—10~9 А/дел, т. е. по чувстви­ тельности они на несколько порядков шгже зеркальных.

Стандарт на гальванометры (ГОСТ 7324—68) допускает отклоне­ ние величины постоянной (или цены деления) от указанной в пас­ порте на - ±10 °о.

Важной характеристикой гальванометра является постоянство нулевого положения указателя, под которым понимают невозвраще­ ние указателя к нулевой отметке при плавном его движении от край­ ней отметки шкалы. По этому параметру гальванометры делят на раз- \ ряды постоянства (табл. 7). Условное обозначение разряда постоян­ ства нулевого положения указателя гальванометра, состоящее из цифрового обозначения разряда постоянства, заключенного в ромб, наносят на гальванометр при маркировке.

Многие гальванометры снабжают магнитным шунтом. Регулируя положения шунта посредством выведенной наружу ручки, можно

108