Файл: Быков М.А. Электрические измерения электрических величин [учеб. пособие].pdf

Собственное потребление мощности в приборах с точечной записью примерно в сто раз меньше, чем в приборах с непре­ рывной записью. По этой причине приборы с точечной записью применяются в маломощных цепях, где по условиям измере­ ний нельзя применять приборы, потребляющие большую мощ­ ность.

К достоинствам приборов с точечной записью относится и то, что эта конструкция позволяет вести запись нескольких электрических величин одновременно. В этом случае применя­ ются разноцветные красящие ленточки, перемещение которых согласовано с переключением измерительных электрических цепей. В этом случае перед каждым опусканием дужки 2 над упором 5 оказывается соответствующая красящая ленточка.

В самопишущих приборах, по сравнению с обычными при­ борами непосредственной оценки, значительно увеличен мо­ мент трения за счет трения пера о бумагу или касания стрелки с бумагой. Возрастание момента трения влечет эа собой необ­ ходимость увеличения вращающего момента нрибора; это в первую очередь относится к приборам с непрерывной записью. Этому требованию удовлетворяют на постоянном токе ме­ ханизмы магнитоэлектрической системы, а на переменном то­ ке — ферродинамической и выпрямительной систем.

В настоящее время магнитоэлектрические самопишущие амперметры и вольтметры имеют огромный диапазон измере­ ния токов и напряжений.

Так, например, многопредельный миллиампервольтметр и ампермилливольтметр типа Н-384 охватывает общий диапазон по току — от 2 ма до 30 а, по напряжению — от 75 мв до 1000 в. Класс точности прибора 1,5.

Приборы с еще более низким нижним пределом измерения для увеличения чувствительности работают в комплекте с уси­ лителями. В приборах последних выпусков используются уси­ лители на транзисторах, построенные по компенсационной схе­ ме, или фотоэлектрические усилители. Так, например, милли­ вольтметр Н-39, рассчитанный на напряжение до 5 мв, имеет встроенный транзисторный усилитель; микроамперметр Н-341, рассчитанный на минимальный ток 50 мка — фотокомпенсаци­ онный усилитель; многопредельный прибор Н-373 с нижним пределом по току 0,5 мка и нижним пределом по напряжению 0,5 мв — фотоэлектрический усилитель; комплект аппаратуры для измерения малых сигналов Н-37 с нижним пределом по току 0,25 мка и по напряжению—0,05 мв — компенсационный усилитель типа И-37 и др. Во всех приборах постоянного тока используется измерительный механизм магнитоэлектрической системы.

Магнитоэлектрические измерительные механизмы в сочета­ нии с выпрямителем (т. е. приборы выпрямительной системы)

158

широко используются в самопишущих амперметрах и вольт­ метрах переменного тока, позволяя вести запись токов часто­ той от 45 до 10 000 гц (как, например, приборы типа Н-353). На промышленной частоте 50 гц используются, как правило, ферродинамические измерительные механизмы. Для измере­ ния токов более 5 а и напряжений более 600 в приборы вклю­ чаются в цепь через измерительные трансформаторы тока и напряжения.

Для записи функциональной зависимости двух любых ве­ личин, преобразованных в значения напряжения или тока (как, например, характеристик полупроводников, нелинейных элементов и др.), промышленностью выпускаются двухкоординатные регистрирующие приборы типа Н-359 (регистратор) в комплекте с двумя компенсационными усилителями Ф-359. В заключение следует сказать, что самопишущие приборы ис­ пользуются не только в качестве измерителей тока и напряже­ ния, но находят широкое применение для записи частоты, ак­ тивной и реактивной мощности и других электрических вели­ чин. Удельный вес этих приборов в измерительной технике непрерывно растет.

§ 2. О С Ц И Л Л О Г Р А Ф Ы

Осциллографы используются для исследования быстро из­ меняющихся величин. С помощью осциллографов можно ис­ следовать кривые изменения тока, напряжения и мощности и различных неэлектричеоких величин, если они предварительно преобразованы в электрические величины. Осциллографы да­ ют возможность исследовать явления включения и выключе­ ния электрических машин и аппаратов, различные аварийные процессы и т. п. Осциллографы в настоящее время являются основными приборами для научно-исследовательских и техни­ ческих испытаний. Они получили очень широкое распростране­ ние не только в электроизмерительной технике, но и в медици­ не, биологии, сейсмографии, в строительном деле, в авиацион­ ной технике и в других отраслях науки и техники.

По принципу действия осциллографы делятся на светолучевые (вибраторные) и электронные.

Светолучевые осциллографы применяются для исследова­ ния электрических величин, изменяющихся во времени с ча­ стотой до 1—5 кгц. Электронные осциллографы получили при­ менение для наблюдения и исследования кривых электриче­ ских величин, изменяющихся с частотой от нескольких герц до тысяч мегагерц.

159

Светолучевой (вибраторный) осциллограф состоит из сле­ дующих основных частей:

1)измерительного механизма—вибраторов;

2)оптической схемы для фотозаписи кривых и визуально­ го наблюдения;

3)приспособления для фотографирования;

4)отметчика времени.

Вибраторы являются высокочувствительными гальваномет­ рами магнитоэлектрической системы. В настоящее время они выпускаются двух разновидностей: петлевые и рамочные. Для

ный прибор магнитоэлектрической системы, поэтому вращаю­ щий момент при прохождении по петле тока определяется вы­ ражением, аналогичным ранее выведенному (см. гл. I I I , § 4).

Рассмотрим случай, когда по петле вибратора проходит постоянный ток. /. Тогда угол поворота петки и зеркала вибра­ тора определится выражением

а= W I .

Увибраторов этот угол очень мал.

160

Расчетная чувствительность вибратора равна

1 I W

Когда зеркало повернется на угол а, фокус отраженного от зеркала светового луча переместится по экрану (или по плен­ ке) на расстояние а, где

а = 2kLa.

Здесь k—коэффициент, учитывающий преломление светового луча при переходе его из жидкости в воздух;

L—длина отраженного светового луча. Паспортная чувствительность вибратора

/ма

Величина а обычно измеряется в миллиметрах, а ток — в миллиамперметрах. В паспорте вибратора чувствительность

Это величина, постоянная для вибратора.

Из этой связи видно, что вибратор с высокой частотой соб­ ственных колебаний обладает относительно невысокой чувст­ вительностью, и наоборот.

Рассмотренная ранее теория движения подвижной системы магнитоэлектрического гальванометра (гл. I I I , § 5) полностью может быть применена к вибраторам осциллографа. При про­ хождении по петле тока колебания ее должны точно соответст­ вовать колебаниям тока и совпадать с ними по фазе. В дейст­ вительности имеет место некоторое отклонение амплитуды за­

так как записанная вибратором кривая сдвинута относительно действительной кривой на угол <р. Величина фазовой погреш­ ности определяется формулой (приводится без вывода)

to = arc tg .

ö1— k1

Погрешности амплитудная и фазовая, таким образом, оп­ ределяются величинами относительной частоты k и степени успокоения ß. На рис. ІѴ-5, а, б приведены кривые ->=f(k) и cp=F(k) при различных значениях ß. Из кривых видно, что наименьшая амплитудная погрешность имеет место при ß = = 0,6—0,7. Промышленностью выпускаются вибраторы, имею­ щие ß=0,6—0,8.

а) Ъ

б)

Рис. IV-5

Фазовая погрешность оказывает меньшее влияние на за­ пись исследуемой кривой. При ß=0,6—0,8 и при k, изменяю­ щемся до 1, фазовой погрешностью можно пренебречь,

162