Файл: Попов В.С. Электрические измерения (с лабораторными работами) учебник.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.04.2024
Просмотров: 136
Скачиваний: 0
а) Магнитоэлектрические гальванометры для измерения постоянного тока и напряжения
Устройство измерительных механизмов стрелочных магнитоэлектрических гальванометров аналогично рас смотренным выше измерительным механизмам миллиам-
Р и с. 3-13. Зеркальный отсчет (горизонталь ный).
перметров той же системы. Из выражения (2-2) следует, что чувствительность прибора (гальванометра)
Si = BSw/D |
(3-7) |
повышают увеличением магнитной индукции В, числа витков рамки w и уменьшением удельного противодей ствующего момента D. Последний создается растяжкамп или подвесом, при помощи которых крепится подвижная часть.
Дальнейшее повышение чувствительности достигается применением зеркального (светового) отсчета (рис. 3-13). Шкала А с осветителем Б устанавливается на расстоянии 1—1,5 м от гальванометра. Луч света F' от осветителя
80
падает па зеркало 3 подвижной части гальвапометра, |
|
а отраженный |
от зеркала луч F" падает на шкалу, давая |
на ней изображение нити лампы или щели, расположенной |
|
перед лампой, |
— световой зайчик. |
При нулевом положении подвижной части отраженный от зеркала луч падает на нулевое деление шкалы. При пово роте подвижной части на угол а отраженный луч повер нется на угол 2а и световой зайчик переместится па п
делений или на п, мм (принимаем 1 деление = |
1 мм). Если |
расстояние I от зеркала до шкалы выражено |
в миллимет |
рах, то |
|
t g 2а = п/1. |
(3-8) |
При малых углах, примерно до 3°, tg 2а можно заме нить углом 2а и написать:
a = |
nl(2l) |
• (3-9) |
или |
|
|
тг = |
2/а. |
. (3-10) |
Таким образом, при постоянном расстоянии I число делений шкалы, на которое перемещается световой зайчик, пропорционально углу поворота подвижной части галь ванометра.
При зеркальном. отсчёте угол поворота определяется числом миллиметров линейного перемещения светового зайчика по шкале. Поэтому чувствительность гальвано метра к току определяется отношением линейногопере мещения светового зайчика к току, т. е.
Si = n/I = 2lall,
откуда линейное перемещение
n — 2la — SII.
Если бы тот же гальванометр имел стрелку длиной 1С и шкалу с делениями 1 мм, то линейное перемещение конца стрелки
nc = |
lca = S i c I . |
Взяв отношение nlnc, |
после сокращения получим: |
Si/SlB = 2l/lB.
Таким образом, чувствительность при зеркальном отсче те увеличивается в 2 Шс раз.
81
Например, при расстоянпп |
от зеркала |
до шкалы 1 = 1 500 мм |
|
и длите стрелки 1С = 100 |
мм |
получим: |
|
5 ^ 5 ^ |
= 2 |
- 1 500/100 = |
30, |
т. о. при зеркальном отсчете чувствительность увеличится в 30 раз.
Кроме горизонтального отсчетного устройства, приме няются вертикальные установки (рис. 3-14).
Устройство для субъективного отсчета состоит из шкалы и зрительной трубы, на объективе которой нано
|
сится вертикальная чер |
|||||
|
та. Отклонение подвиж |
|||||
Призма |
ной |
части |
наблюдает |
|||
• Гальванометр^^. |
ся |
через |
зрительную |
|||
трубу. Отсчет |
произво |
|||||
|
дится по отметке |
шка |
||||
|
лы, |
совпадающей с вер |
||||
|
тикальной |
чертой |
(рис. |
|||
|
3-15). |
|
|
|
|
|
|
При |
работе |
с |
галь |
||
|
ванометром важным яв |
|||||
/ |
ляется |
его |
чувствитель |
|||
,'Осветитель \ |
ность, |
или |
постоянная, |
|||
|
и время |
успокоения. |
||||
/ |
В |
магнитоэлектриче |
||||
|
ских |
|
приборах |
низ |
||
|
кой |
чувствительности и |
||||
Рис . 3-14. Зеркальный отсчет (вер |
стрелочных |
гальвано |
||||
тнкальиьш). |
метрах |
каркас |
рамки |
|||
|
обеспечивает |
хорошее |
успокоение. Зеркальные гальванометры обычно выпол няются с бескаркасной рамкой, так как воздушный за зор мал, а обмотка имеет большое число витков. У этих гальванометров роль успокоителя выполняет обмотка рамки.
Подвижная часть прибора, перемещаемая под действи ем измеряемого тока, встречает противодействие вследствие закручивания подвеса, трения рамки о воздух и электро магнитного торможения. При движении рамки в магнитном поле в ней наводится э. д. с. (рамка становится источни ком э. д. с.) и под действием ее в замкнутой цепи гальва нометра возникает ток. Этот ток, взаимодействуя с полем магнита, создает электромагнитное торможение. Кроме того, происходит иагреваике цепи, т. е. потеря энергии на электромагнитное торможение.
82
В зависимости от соотношений между моментом инер ции подвижной части /,. удельным противодействующим моментом D, магнитной индукцией В, площадью рамки S,
а) |
6) |
• Рис . 3-15. Гальванометр |
с субъективным отсче |
том (а) и вид шкалы через |
зрительную т р у б у (б). |
числом витков рамки w и сопротивлением цепи гальва нометра будет различный характер движения подвижной части гальванометра и различное время успокоения.
Рис. 3-16. Кривые движения подвижной части гальванометра при его включении.
В идеальном случае, при отсутствии трения и электро магнитного торможения, подвижная часть после включе ния гальванометра в цепь отклонится под действием вра щающего момента на угол ах (рис. 3-16), при котором
83
Но так как к этому положению равновесия подвижная часть подошла с некоторой скоростью, то, следовательно, она обладает некоторой кинетической энергией. За счет этой энергии подвижная часть продолжит свое движение в ту же сторону, пока эта энергия не превратится в потен циальную (подвес закручен). При этом подвижная часть будет отклонена на угол 2аг. После этого под влиянием потенциальной энергии пружин она начнет обратное движение и подойдет с некоторой скоростью к положению равновесия аг. Затем под влиянием кинетической энер гии подвижная часть перейдет это положение равновесия,
|
дойдет до исходного |
положе |
||||
|
ния, и процесс начнет повто |
|||||
|
ряться. |
Следовательно, |
под |
|||
|
вижная часть |
гальванометра |
||||
|
после включения его в цепь |
|||||
|
совершает незатухающие ко |
|||||
|
лебания |
с периодом |
Т0 |
(кри |
||
|
вая 1, рис. 3-16), |
|
|
|||
|
|
Допустим, |
что |
имеется |
||
|
трение рамки о воздух, но |
|||||
|
отсутствует |
электромагнит- |
||||
Р и с. 3-17. Рамка зеркального |
ы о е |
торможение (сопротивле- |
||||
галызанометра в электрической |
ние цепи гальванометра рав- |
|||||
цспп. |
но |
бесконечности). |
В |
таком |
||
|
случае |
подвижная |
|
часть |
после включения гальванометра подойдет к положению
равновесия, |
определяемому |
равенством моментов М = |
= М п р через |
длинный ряд |
слабо затухающих колебаний |
(кривая 2, рис. 3-16). Для электромагнитного тормо жения существенное значение имеет сопротивление цепи тока. Уменьшая сопротивление, на которое замкнут гальванометр (гх и i\ на рис. 3-17), мы увеличиваем ток, вызывающий торможение рамки, а следовательно, увели чиваем само торможение. При этом увеличивается зату хание колебаний и уменьшается время успокоения (кри вая 3, рис. 3-16). Уменьшая сопротивление, на которое замкнут гальванометр, можно найти такое его значение, при котором движение подвижной части гальванометра будет уже апериодическим, а время успокоения — наимень шим (кривая 4, рис. 3-16). При дальнейшем уменьшении сопротивления сохраняется характер движения рамки, но движение замедляется, а время успокоения увеличи вается (кривая 5, рис. 3-16).
84
Наибольшее сопротивление, при замыкании на которое подвижная часть гальванометра движется апериодически, называется внешним критическим сопротивлением галь ванометра, а гальванометр — критически успокоенным. Сопротивление, равное сумме внешнего критического сопротивления и сопротивления гальванометра, называется полным критическим сопротивлением гальванометра.
При замыкании гальванометра на сопротивление, большее его внешнего критического, движение подвижной части будет колебательным — гальванометр недоуспокоен.
Для быстроты производства измерений следует рабо тать или с критически успокоенным, или лучше с несколько иедоуспокоенным гальванометром.
Отметим, что полное критическое сопротивление |
|
rKv.uomi = B2S2w2/{2VJD). |
(3-11) |
Для каждого гальванометра при неизменной магнитной индукции в его воздушном зазоре критическое сопротив ление является постоянной величиной, которая обычно указывается заводом. При изменении магнитной индукции в зазоре гальванометра, например при применении магнит ного шунта, критическое сопротивление гальванометра изменяется.
Если при использовании гальванометра для измерений тока мы характеризовали гальванометр его постоянной по току Ci = На или его чувствительностью к току Si = =• 1/Ci = all, то при использовании гальванометра для измерения напряжения его следует характеризовать посто янной по напряжению Си = Urla или его чувствитель ностью к напряжению
|
Su = alUr. |
|
(3-12) |
Напряжение на |
зажимах |
гальванометра |
Ur = Irr. |
Поэтому |
|
|
(3-13) |
Su |
= a/(Irr) = |
Srlrr. |
Так как рекомендуется работать с критически успоко енным гальванометром, то практический интерес представ ляет величина
S'u = «^//Гкр.полн = аДГкр.полт |
(3-14) |
т. е. под чувствительностью гальванометра по напряжению часто понимают отношение угла поворота его подвижной части, или числа миллиметров шкалы, на которое переме-
85