Файл: Быков М.А. Электрические измерения электрических величин [учеб. пособие].pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.04.2024
Просмотров: 174
Скачиваний: 2
ком. Оба потока в зоне подвижной пластинки проходят в пло скости, перпендикулярной оси поворота этой пластинки, при этом направления этих потоков тоже взаимно перпендикуляр
ны друг |
относительно друга. Подвижная пластинка, находясь |
в общем |
воздушном промежутке обеих магнитных цепей, при |
отсутствии измеряемого тока и соответствующего переменного магнитного потока Ф_ направлена вдоль постоянного магнит ного потока — к а к это показано на рис. Ш-62, а (на котором от магнитной системы постоянного магнитного потока показа ны лишь полюсные наконечники). При появлении переменного магнитного потока (под действием измеряемого переменного тока) магнитный поток в общем воздушном зазоре обеих маг нитных систем будет определяться равнодействующей обоих магнитных потоков — постоянного и переменного. Направле ние этой равнодействующей, как показано на рис. Ш-62, б, в течение каждого периода измеряемого переменного тока из меняется в пределах угла ± а , определяемого соотношением
где Вт^—амплитудное |
значение индукции переменного маг |
нитного |
поля; |
В= —значение индукции постоянного магнитного поля.
Рис. Ш-62
Намагниченная подвижная пластинка, находящаяся в зоне одновременного действия постоянного и переменного магнит ных полей—в зоне действия их результирующего магнитного поля с переменным (колеблющимся) направлением — увлека ется этим результирующим магнитным полем и колеблется вместе с ним (вокруг своей вертикальной оси).
На зеркальце подвижной пластинки в гальванометре на правлен узкий пучок света, попадающий после отражения от этого зеркальца на полупрозрачную шкалу гальванометра. При отсутствии измеряемого тока подвижная пластинка не-
150
подвижна и на шкале гальванометра видна лишь узкая свет лая вертикальная полоска; если же измеряемый переменный ток не равен нулю, то подвижная пластинка вибрирует с ча стотой этого тока (обладая достаточно малой для этого инер цией), колеблется на шкале гальванометра и световая полос ка, но человеческий глаз, вследствие инерционности его вос приятия, не может заметить каждое из этих колебаний в от дельности, а воспримет их как соответствующее расширение видимой до этого узкой световой полоски на шкале гальвано метра.
Однако гальванометр, построенный только на принципах, рассмотренных выше, обладал бы весьма невысокой чувстви тельностью. В действительности его чувствительность повыша ют в десятки и в сотни раз в результате создания и использо вания в нем условий механического резонанса частоты собст венных.свободных колебаний подвижной части гальванометра с частотой измеряемого переменного тока. Поскольку частота измеряемого тока обычно бывает задана условиями примене ния гальванометра и не может быть изменена, то для достиже ния резонанса необходимо иметь возможность изменять часто ту собственных свободных колебаний подвижной части галь ванометра.
Как известно, частота собственных свободных колебаний какого-то тела, колеблющегося вокруг некоторой оси, равна
1
где W—удельный устанавливающий момент;
/—полярный момент инерции тела относительно оси его вращения (поворота).
Что касается полярного момента инерции, то его значение у подвижной части уже изготовленного гальванометра в про цессе эксплуатации не может быть изменяемо.
Значение же удельного устанавливающего момента можно
изменять достаточно |
простым |
способом. |
Устанавливающий |
|
момент у гальванометра рассматриваемой конструкции |
со |
|||
стоит из двух весьма |
неравных |
частей: |
меньшей части |
Wv, |
обусловливаемой удельным моментом закручивания растяжек
подвижной части, и значительно большей части |
Wun, являю |
|
щейся удельным устанавливающим |
моментом, |
возникающим |
в приборе вследствие механических |
усилий, появляющихся в |
подвижной пластинке при отклонении ее плоскости от направ ления постоянного магнитного потока. Этот устанавливающий момент прямо пропорционален значению индукции 5= по стоянного магнитного поля в этом месте. Значение этой ин дукции В_- в рассматриваемой конструкции гальванометра
151
легко регулируется при его применении благодаря особому конструктивному выполнению его магнитной системы постоян
ного магнитного |
потока, схематически |
показанной |
на рис. |
|||||
ІП-63. Эта магнитная система состоит из двух |
симметричных |
|||||||
|
частей магнитопровода /-/, |
распо |
||||||
|
ложенных примерно в плоскости оси |
|||||||
|
колебаний |
подвижной |
части |
гальва |
||||
|
нометра и выполненных из магнито- |
|||||||
|
мягкого материала. Между их верх |
|||||||
|
ними концами в общей цилиндриче |
|||||||
|
ской |
выточке |
расположен |
неболь |
||||
|
шой, |
но интенсивно |
намагниченный |
|||||
|
постоянный |
магнит |
ПМ, |
укреплен |
||||
|
ный на оси, выведенной наружу кор |
|||||||
|
пуса гальванометра |
и |
снабженной |
|||||
|
рукояткой для ее поворота. При на |
|||||||
|
правлении |
намагничения |
этого маг |
|||||
|
нита |
по вертикали |
(см. рис. ІП-63) |
|||||
|
магнитная |
система |
постоянного по |
|||||
|
тока |
вообще |
не будет намагничена и |
|||||
|
индукция £>= в ее воздушном |
зазоре |
||||||
|
будет |
равна нулю. |
Однако по мере |
|||||
Р и с ІП-63 |
поворота магнита ПМ от этого поло |
|||||||
|
жения по часовой стрелке |
(в |
нашем |
примере) начнут появляться и увеличиваться постоянный маг нитный поток и индукция В= в воздушном зазоре и, соответ ственно, устанавливающий момент W2 подвижной части галь ванометра. При каком-то положении постоянного магнита ПМ и соответствующих значениях индукции В~ и устанавливаю щего момента W2 наступит резонас колебаний подвижной ча сти гальванометра и периодических колебаний измеряемого
Рис. 111-64
152
переменного тока. В этом случае размах (амплитуда) колеба ний подвижной части гальванометра при том же самом значе нии измеряемого тока существенно возрастет, при этом соот ветственно возрастет и его чувствительность.
Степень увеличения чувствительности гальванометра в та ком случае зависит от степени успокоения его подвижной ча сти: чем меньше степень успокоения, тем больше увеличение чувствительности при достижении резонанса, как это показано на рис. Ш-64.
Однако при очень малом успокоении (и при соответствен но очень большой чувствительности) гальванометра неболь шое расхождение между частотой контролируемого тока и собственной частотой колебаний подвижной части гальвано метра вызывает резкое уменьшение чувствительности гальва нометра и его показаний при неизменном контролируемом то ке. Это весьма осложняет применение гальванометра.
Поэтому при недостаточной стабильности, например часто ты контролируемого тока, приходится искусственно увеличи вать успокоение гальванометра (несмотря на снижение при этом его чувствительности). Для этого в конструкции гальва нометра имеется винт из красной меди, ввинчивая который и приближая его конец к вибрирующей намагниченной пластин
ке |
гальванометра, |
можно значительно |
увеличить успокоение |
за |
счет вихревых |
токов, возбуждаемых |
в материале винта |
этой вибрирующей |
пластинкой. |
|
ГЛАВА IV
РЕГИСТРИРУЮЩИЕ ПРИБОРЫ
Регистрирующие или самопишущие приборы — это прибо ры, позволяющие записывать значения измеряемой величины, меняющейся во времени, на бумажной ленте или фотопленке.
В настоящее время регистрирующие приборы нашли ис ключительно широкое применение во всех областях науки и техники: в производстве — для наблюдения и управления тех нологическими процессами, в научно-исследовательской рабо те — при изучении всевозможных физических явлений.
Регистрирующие приборы можно разделить на следующие группы:
1)приборы непосредственной оценки;
2)осциллографы.
§1. РЕГИСТРИРУЮЩИЕ П Р И Б О Р Ы НЕПОСРЕДСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ
Регистрирующий или самопишущий прибор непосредствен ной оценки представляет собой электроизмерительный прибор, состоящий из измерительного механизма какой-либо системы и устройства, позволяющего записывать на бумажной ленте значения измеряемой величины в функции времени или какойлибо другой электрической величины.
Эта запись может быть непрерывной, если значение вели чины записывается сплошной линией, и может быть точечной, если записанная кривая изображается точками, отстоящими друг от друга на определенном расстоянии. В соответствии с этим самопишущие приборы делятся на две группы: с точечной записью и с непрерывной записью.
Рассмотрим устройство самопишущего прибора с непре рывной записью.
На рис. IV-1 изображены подвижная часть измерительного механизма прибора и бумажная лента с записью кривой.
154
Дугообразный стрелкодержатель 1 укреплен на подвижной оси 2 наряду с остальными элементами подвижной части из мерительного механизма. Помимо стрелки 3, показывающей значение измеряемой величины на шкале 4, на стрелкодержателе укреплена чернильница 5 с пером, прочерчивающим кри вую изменения исследуемой величины на бумажной ленте 6.
Рулон бумажной ленты 7, укрепленный в верхней части прибора, подает бумагу с помощью лентопротяжного механиз ма на валик, расположенный в нижней части (на рисунке не показан). В качестве привода для протяжки ленты исполь зуется обычно небольшой од нофазный синхронный двига тель или часовой механизм.
Для продвижения ленты ее края снабжают перфорацией (отверстиями) 8, в которую входят штифты валика 9 лен топротяжного механизма.
Для |
изменения |
скорости |
|
||
движения ленты |
лентопротяж |
|
|||
ные |
механизмы |
снабжают ре |
|
||
дуктором |
и сменными |
шестер |
|
||
нями. В зависимости от назна |
|
||||
чения прибора скорость движе |
|
||||
ния ленты может изменяться в |
|
||||
широких |
пределах. В большей |
Рис. IV-1 |
|||
части |
современных |
приборов |
|
||
имеется |
шесть |
скоростей: |
20 — 60— 180 — 600—1800 — |
||
—5400 |
мм/час. |
В |
приборах |
специального назначения |
скорости движения могут быть значительно больше или мень
ше указанных. Так, например, в быстродействующих |
приборах |
Н320 имеются скорости: 0,02—0,1—0,2—1—2—5—10— |
|
50 ммісек. В приборах с ускоренной записью при |
авариях |
(Н32, НЗЗ, Н34 и др.) имеется две скорости движения |
бумаги: |
|||
в |
нормальном |
режиме |
60 мм/час, в аварийном режиме—• |
|
10 |
мм/сек. |
|
|
|
|
Возможность |
отсчета |
обеспечивается тем, что на |
бумаж |
ную ленту наносится типографским способом шкала |
прибора, |
|||
горизонтальная ось которой размечается в единицах |
измеряе |
|||
мой величины, а вертикальная — в единицах времени |
(если за |
пись производится в функции времени). Часто, с целью ис пользования стандартной бумаги, горизонтальная ось разби вается на равномерные участки, а отсчет величины осущест вляется с помощью прилагаемой к прибору масштабной ли нейки.
155
Большое влияние на качество прибора оказывает пишущее устройство, т. е. перо и чернильница. Помимо качества записи, оно определяет в большой степени момент трения пера о бума гу, а следовательно, момент трения подвижной части меха низма в целом.
Существует несколько конструкций перьев. В основном они делятся на два в и д а - - н а перья, несущие сами запас чер нил, т. е. с подвижной чернильницей, и на капиллярные — с по дачей чернил из неподвижной чернильницы через капилляр ную трубку.
На рис. IV-1 изображено перо, соединенное с подвижной чернильницей, в конусный резервуар которой пипеткой зали ваются специальные чернила, запаса которых хватает на 3-М суток непрерывной записи.
В рассмотренном приборе запись показаний ведется в прямолинейных координатах, что обеспечивается благодаря применению дугообразной стрелки.
На рис. ІѴ-2 рассмотрена конструкция лентопротяжного ме ханизма, обеспечивающая запись показаний в криволинейных координатах.
Рис. 1V-2
Здесь диаграммная лента сматывается с рулона /, прохо дит под прижимным роликом 2 и попадает на ведущий бара-
156
бан 3, откуда через два направляющих ролика наматывается на собирающую катушку 4.
Ведущий барабан и собирающая катушка приводятся во вращение от синхронного двигателя через редуктор и систему сменных шестерен. Запись производится пером, укрепленным на обычного вида стрелке прибора (не дугообразной) и сколь зящим по горизонтальному участку бумаги. Поскольку стрел ка при своем отклонении движется по дуге, диаграмма полу чается в криволинейных координатах.
Если в первые годы выпуска самопишущих приборов стре мились применять запись в прямоугольных координатах, то в последние годы (и в настоящее время) большая часть прибо ров выпускается с записью в криволинейных координатах. Это позволило повысить точность самопишущих приборов и вместо класса точности 2,5 (наивысшего в старых конструкциях при боров) выпускать приборы класса точности 1,5.
Устройство прибора с точечной записью приведено на рис.
Рис . ІѴ-З
Устройство лентопротяжного механизма в приборах с то чечной записью не отличается от рассмотренного выше.
Записывающий механизм в этих приборах правильнее на звать печатающим, так как запись производится стрелкой 1, на которую периодически опускается дужка 2, прижимающая
стрелку к бумаге. Между |
стрелкой |
1 и диаграммной |
бумагой |
|
S пропускается красящая |
ленточка |
4. В результате |
в |
месте |
пересечения ребра стрелки и ребра упора 5 на бумажной |
лен |
|||
те остается точка. Периодичность касаний ограничивается |
вре |
|||
менем успокоения стрелки |
после каждого соприкосновения с |
дужкой. Запись получается в прямолинейных координатах, так как красящая ленточка натянута по прямой линии, а стрелка по мере отклонения касается ее в разных точках своей длины.
157