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: 178
Скачиваний: 2
В паспорте вибратора указывается частота / в его свобод ных колебаний в воздухе. При погружении вибратора в жид кую успокаивающую среду частота его свободных колебаний fo уменьшается примерно вдвое из-за прилипания частиц жид кости к подвижной части.
Осциллографы наиболее часто используются для записи различных неси'нусоидальных кривых тока. Если необходимо записать кривую тока вплоть до какой-то я-й гармоники с уче том п^виль'ного соотношения амплитуд гармоник и их взаим ных сдвигов, т. е. требуется правильная передача формы кри вой тока, то необходимо учитывать как амплитудную, так и фазовую погрешности вибратора. Для этого вибирается виб
ратор с частотой собственных колебаний в 4—5 |
раз |
большей |
частоты я-й гармоники исследуемой кривой. |
|
|
При необходимости лишь верной записи величин |
амплитуд |
|
гармоник вплоть до я-й, т. е. при учете только |
амплитудной |
погрешности, вибратор может быть выбран с частотой собст
венных колебаний, немного большей |
(на 30—40%) частоты |
я-й гармоники. |
|
Как было сказано ранее, вибратор с высокой частотой соб |
|
ственных колебаний обладает низкой |
чувствительностью, и |
наоборот. Поэтому при выборе вибраторов необходимо исхо дить не только из требуемой чувствительности, но и из величи ны частоты его собственных колебаний. Целесообразно выби рать вибратор с возможно .меньшей частотой собственных ко лебаний, т. е. большей чувствительности, но проверять одно временно в соответствии с требованиями, связанными с полу чением наименьших амплутудной и фазовой погрешностей.
Отечественной промышленностью выпускаются петлевые вибраторы, имеющие частоту собственных колебаний в возду
хе в пределах от 1000 до |
12 000 |
гц и |
чувстви |
|
|
тельность соответственно |
от 52 до 0,16 |
мм/ма-м. |
|
||
В настоящее |
время выпускаются |
осцилло |
|
||
графы с 4-, 6-, |
8-, 12-петлевыми |
вибраторами |
|
||
для одновременной записи нескольких вели |
|
||||
чин. |
|
|
|
|
|
Для записи неэлектрических величин, кото |
|
||||
рые предварительно преобразованы |
датчиком |
|
|||
в электрические, большей частью применение |
|
||||
петлевых вибраторов нецелесообразно, так как |
|
||||
чувствительность этих вибраторов для записи |
|
||||
подобных величин недостаточна и приходится |
|
||||
включать в схему усилители. Это значительно |
|
||||
усложняет схему и уменьшает ее точность. |
|
||||
Для записи малых токов датчиков широко |
|
||||
используются рамочные |
вибраторы. |
Принци |
|
||
пиальная схема одного из них представлена на |
|
||||
рис. ІѴ-6. Петля заменена катушкой |
7, имею- |
Рис. ІѴ-6 |
|||
11" |
|
|
|
|
163 |
щей до ста витков, что значительно повышает чувствитель ность вибратора. Момент инерции этой малой катушки незна чителен. Катушка крепится на растяжках 3. Зеркальце 2 при клеено к растяжке. Натяжение растяжек осуществляется пру жиной 4. На уровне катушки в латунной стойке 6 вставлены пластины 5 из магаитомягкото материала.
Рамочный вибратор имеет значительно меньший размер, чем петлевой, так как в нем отсутствует индивидуальный по стоянный магнит. В осциллографе с рамочными вибраторами имеется один общий постоянный магнит, в поле которого поме щаются все вибраторы. Такой магнит обладает большей мас сой и создает большую индукцию в воздушном зазоре, чем ин дивидуальный магнит петлевого вибратора. Диаметр корпуса петлевого вибратора может быть 2; 2,5; 4; 6; 10; 16 или 20 мм, поэтому в осциллографе может быть установлено большее ко личество вибраторов (до 60).
В рамочных вибраторах применяется электромагнитное ус покоение, как и в гальванометрах. Поэтому для уменьшения погрешности вибраторы должны включаться на соответствую щую величину сопротивления внешней цепи.
Для уменьшения влияния внешнего сопротивления рамку иногда наматывают на алюминиевую пластину (действие ана
логично каркасу |
рамки магнитоэлектрического |
прибора). |
|
В маловитковых рамочных вибраторах с низкой |
чувстви |
||
тельностью (не более 75 мм/ма-м) применяется |
жидкостное |
||
успокоение. |
|
|
|
Отечественной |
промышленностью выпускаются |
рамочные |
вибраторы с частотой собственных колебаний в воздухе от не скольких герц до 10 000 гц, а чувствительностью от 50 000 до
0,2 |
мм/ма-м. |
|
|
Принципиальная схема оптической системы одного из ти |
|||
пов осциллографов представлена на |
рис. ІѴ-7. Луч света |
от |
|
осветителя 1— лампы накаливания |
( 6 в, 7,5 вт) —проходит |
||
через |
ахроматический конденсор 2, |
через щель диафрагмы 3 |
|
и попадает на зеркальце вибратора |
4. Отраженный от |
него |
луч направляется призмой 5 на зеркальный барабан 6, с грани которого попадает в виде световой точки на матовый экран 7, служащий для визуального наблюдения. Часть луча, отражен ного от зеркальца вибратора, фокусируется цилиндрической линзой 8 на фотобумаге или фотопленке. В осциллографах ис пользуются фотопленка и фотобумага шириной 35 мм с перфо рацией и 60, 120, 200 или 300 мм без перфорации.
Чтобы получить изображение исследуемой кривой во вре мени, необходима ее развертка. Осуществляется это за счет перемещения фотопленки (фотобумаги) с равномерной скоро стью в направлении, перпендикулярном движению светового луча. Перемещение фотопленки (фотобумаги) осуществляется через механическую передачу электрическим двигателем.
164
Двигатель и приспособление для фотографирования. Зер кальный барабан и барабан с фотопленкой (или фотобумагой)
через коробку скоростей приводится во вращение |
от общего |
двигателя (постоянного тока 24 в или переменного |
тока 127 |
или 220 в). Изменение скорости вращения барабанов можно произвести путем изменения передаточного числа зубчатой передачи в коробке скоростей. Скорость вращения зеркально
го барабана может |
быть подрегулирована от руки таким |
об |
разом, что кривая |
будет казаться неподвижной на матовом |
|
стекле экрана. Это достигается в том случае, если луч |
света |
|
пробегает экран за |
целое число периодов. |
|
Рис. IV-7
Скорость перемещения фотопленки (фотобумаги) может быть регулируема в пределах от 0,15 до 10000 мм/сек. Величи на скорости фотопленки выбирается в зависимости от скорости и вида исследуемого процесса. Если необходимо снять форму
кривых тока или напряжения или кратковременный |
процесс, |
|
то скорость двигателя |
и соответственно фотопленки |
выбира |
ется большей; если же |
необходимо исследовать длительные |
процессы, протекающие в течение нескольких секунд или ми нут, то скорость устанавливается меньшей.
При прохождении переменного тока по петле вибратора последняя начинает колебаться и одновременно колеблется луч света, отраженный от зеркальца вибратора. Если барабан с фотопленкой (фотобумагой) неподвижен, то луч света про чертит на ней прямую, параллельную оси барабана. Длина линии будет соответствовать удвоенной амплитуде протекаю щего по петле тока. Если же ток в петле отсутствует и петля неподвижна, а вращается барабан с фотопленкой, то луч света прочертит перпендикулярную прямую. При одновременном вращении барабана и колебании петли вибратора луч света
165
вычертит развернутую кривую — осциллограмму. Аналогич ная картина имеет место на матовом стекле экрана. Глаз мо жет наблюдать ее, так как луч многократно пробегает одну и ту же кривую.
Рулоны чистой и использованной пленяй (фотобумаги) по мещаются в светонепроницаемые кассеты.
После завершения процесса съемки фотопленка (фотобу мага) вынимается из кассеты и обрабатывается химическими реактивами в темноте. Затем производят печатание с фото пленки на фоточувствительную бумагу. Полученная осцилло грамма надписывается.
В настоящее время отечественная приборостроительная промышленность выпускает осциллографы с записью на днев ную бумагу, которая не требует обработки химическими реак тивами. Лампа накаливания заменена ртутной лампой высо кого давления. На бумаге, покрытой фотоэмульсией, под дей ствием ультрафиолетовых лучей получается скрытое изобра жение исследуемой кривой, которое при дневном рассеянном свете становится видимым. Скорость перемещения фотобума ги от 2 до 3500 мм/сек. Недостатком подобных осциллографов является небольшой срок службы ртутной лампы и значитель ное потребление ею электроэнергии.
Отметчик времени. Для определения на осциллограмме длительности заснятого процесса необходимо иметь кривую, частота, т. е. число периодов в секунду, которой точно извест но. Для получения масштаба времени используется отметчик времени. В качестве такового применяются микрофонный зум мер, электронный или щелевой отметчик времени. Принци пиальная схема микрофонного отметчика времени представле на на рис. IV--8. Обмотка электромагнита /, соединенная по следовательно с угольным сопротивлением 2, подключена к источнику постоянного или переменного тока. При прохожде нии тока по катушке электромагнит притягивает рабочий ко нец стальной пластинки 3 и тем ослабляет давление на уголь ное сопротивление бронзовой пластинки 4. Сопротивление угольного порошка при этом возрастает и, следовательно, ток электромагнита уменьшается, стальная пластинка возвраща ется в исходное положение и через бронзовую пластинку уве личивает давление на угольный порошок; сопротивление его уменьшается, ток электромагнита возрастает, стальная пла стинка притягивается к нему и т. д. Стальная пластинка будет колебаться с частотой собственных колебаний. На стальную пластинку наклеено зеркальце 5, на которое падает луч света от общего осветителя. Отраженный от зеркальца луч света прочертит на фотопленке (бумаге) синусоиду. Частота соб ственных колебаний стальной пластинки и частота синусоиды для отметчиков времени подобной конструкции равны 500 гц.
166
Большей частью приходится использовать вибраторы для записи тока и напряжения. Для записи тока вибратор включа ется параллельно шунту, последовательно с исследуемым объ ектом, а для записи кривой напряжения—последовательно с добавочным сопротивлением и параллельно объекту. (Выбор сопротивлений шѵнта и добавочного сопротивления см. в гл. H I , § 4 ) .
Рис . ІѴ-8
Схема включения двух вибраторов для записи кривых тока и напряжения показана на рис. ІѴ-9. Для изменения тока в цепи вибратора В1, записывающего кривую тока, включается последовательно с вибратором небольшое добавочное сопро тивление R'Âo6-
Рис. ІѴ-9
Как было сказано ранее, в светолучевых осциллографах может быть использовано несколько вибраторов (до 60), т. е. этим осциллографом можно записать одновременно несколько величин. Следовательно, можно произвести анализ одновре менного изменения различных величин по амплитуде, фазе, по степени искажения и т. п. В этом и заключается одно из ос новных преимуществ светолучевых осциллографов.
167
Э л е к т р о н н ы й о с ц и л л о г р а ф
Электронные осциллографы по способу создания электрон ного луча делятся на два типа: осциллографы с холодным ка тодом « осциллографы с накаленным катодом.
В осциллографе с холодным катодом электронный луч по лучается за счет электростатической эмиссии. Для этого меж ду катодом и анодом создается электрическое поле большой напряженности (с помощью высокого напряжения порядка 30—70 /се). Осциллографы этого типа используются только в высоковольтной измерительной технике и здесь рассматри ваться не будут.
Во втором типе осциллографов электронный луч получает ся за счет термоэлектронной эмиссии при нагреве нити по догревного катода. Осциллографы второго типа получили наи большее распространение в электроизмерительной технике и радиотехнике.
Электронные осциллографы применяются в электроизмери тельной технике в качестве измерительного или нулевого при бора (электронный нуль-индикатор) в цепях низких и высоких частот. Они дают возможность снять вольтамлерную характе ристику нелинейных сопротивлений, измерить магнитные ве личины и получить характеристики ферромагнитных мате риалов.
Основной частью электронного осциллографа является электроннолучевая трубка (ЭЛТ). Принципиальная схема ее представлена на рис. IV-10. Здесь катод 1 представляет собой металлический цилиндр с оксидным покрытием торца для излу чения электронов в одном направлении. Цилиндр надет на фарфоровую трубку, внутри которой имеется биспиральная нить накала катода.
Рис . IV-lüj
168