Минисправочник - Электроизмерительные приборы магнитоэлектрической системы

Несмотря на все большее распространение цифровых электроизмерительных приборов, в настоящее время промышленностью выпускаются и находятся в эксплуатации большое число средств измерений, основанных на преобразовании электромагнитной энергии, подводимой к прибору, в механическую энергию перемещения подвижной части. Широкий диапазон измеряемых величин, конструкционное разнообразие, незначительное потребление энергии выгодно отличают такие электромеханические приборы, а порой делают их применение единственно возможным для ряда измерительных приборов. Данный материал поможет вам более лучше разбиратся в типах приборов.

Среди разнообразия электромеханических систем наиболее широкое распространение получили приборы магнитоэлектрической системы, в которых вращающий момент рамки с указателем создается взаимодействием между полем постоянного магнита и одним или несколькими проводниками (на рамке) с током. Магнитоэлектрические приборы изготавливаются с подвижной рамкой, но есть конструкции и с подвижным магнитом.

К достоинствам данной системы следует отнести высокую чувствительность и точность, равномерную шкалу, относительно небольшое влияние внешних полей. К недостаткам — невозможность измерения в цепях с переменным током без дополнительных устройств и чувствительность к перегрузкам.

В целях унификации маркировки типономиналов приборов систему, к которой относится измерительный механизм, обозначают следующими буквенными индексами: М — магнитоэлектрическая, Э — электромагнитная, Д — электродинамическая, С — электростатическая.

Таблица 1.

Для характеристики основных режимов и условий работы электроизмерительных приборов непосредственного отсчета на их шкалах в зонах свободного пространства от рабочей части имеются условные обозначения.

Наиболее употребительные из них приведены в табл. 1.

Кроме типа измерительной системы, в группе знаков условных обозначений указывают устойчивость прибора к климатическим воздействиям (А — приборы для работы в закрытых сухих, отапливаемых помещениях; Б, B1, Б2, БЗ — для работы в закрытых не отапливаемых помещениях; В, B1, B2, В3 — для работы в полевых и морских условиях), класс точности, величина испытательного напряжения и другие сведения.

В качестве примера на рис. 1 пока дана шкала прибора магнитоэлектрической системы М4200, использующегося в качестве миллиамперметра.

В левой части внизу указаны тип измерительного прибора и его заводской номер.

В правой — условия применения для измерений в цепях постоянного тока с возможностью работы в полевых условиях и при повышенной влажности; класс точности 2,5; измерительная цепь изолирована от корпуса и испытана напряжением 2 кВ, соответствует требованиям ГОСТу.

О возможном применении прибора для тех или иных измерений можно судить по таким его характеристикам, как класс точности и чувствительность.

По классу точности существуют приборы классов: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1; 1,5; 2,5; 4. Эти числа выражают основную, наибольшую допустимую, приведенную относительную погрешность приборов.

Наиболее точными являются приборы класса 0,05. Погрешность выражается в процентах относительно максимального значения рабочей части шкалы прибора.

Пример — предел измерения миллиамперметра 100 мА, число делений на шкале 100, класс точности прибора 1 (что соответствует ±1 %). В этом случае разность между показанием прибора и истинным значением измеряемой величины может быть не более ± l мА.

Рис.1.

Для приборов с двусторонней шкалой, то есть с нулем посередине, погрешность выражается в процентах от суммы конечных значений рабочей части шкалы. Если у второго миллиамперметра с такой же длиной шкалы предельное значение измеряемой величины 10 мА, число делений на шкале токе 100, то для первого прибора на интервал измерения величины в 1 мА приходится одно деление шкалы, а для второго прибора 10.

Это означает, что вторым прибором можно измерять значения параметров с точностью до 0,1, а первым — только до 1 мА, т. е. у второго прибора разрешающая способность выше.

Эта способность измерительного устройства характеризует его чувствительность, которая определяется количеством единиц измеряемой величины, отсчитываемых на одно деление.

К основным электрическим параметрам, определяющим возможность использования прибора для данных условий работы, относятся ток полного отклонения (Iпо), т. е. наибольший ток, при котором стрелка отклоняется до конечной отметки шкалы, и сопротивление рамки прибора (Rп). Значение первого параметра определяется максимальным значением шкалы прибора.

Так, например, если имеется миллиамперметр с конечной отметкой шкалы 100, то это соответствует току полного отклонения 100 мА. Такой прибор можно включать только в те цепи, токи в которых не превышают 100 мА. Величину второго параметра (Rп) часто указывают на шкале прибора.

Рис.2.

Если значения параметров для конкретного прибора неизвестны, их нетрудно определить самостоятельно. Для этого потребуется гальванический элемент, образцовый миллиамперметр, переменный резистор с сопротивлением в несколько килоом, дополнительный постоянный резистор (Rд) для ограничения тока в измеряемой цепи.

Сопротивление резистора Rд рассчитывается, исходя из напряжения источника питания и известного тока полного отклонения образцового миллиамперметра, по закону Ома. Исследуемый измерительный прибор (ИП) включается в соответствии со схемой, приведенной на рис. 2.

Переменным резистором R регулируют ток в цепи до такого значения, при котором стрелка ИП Р12 установится против конечной отметки шкалы. Значение этого тока, отсчитанное по шкале образцового прибора PI1, и будет током полного отклонения стрелки исследуемого прибора.

Рис.3.

Для определения сопротивления рамки исследуемого измерительного прибора нужно воспользоваться схемой на рис. 3. Отличается она от предыдущей включением шунта — резистором, подключенным параллельно обмотке рамки (RIU).

В данном случае сопротивление шунта выбрано в пределах 1...6,8 кОм. Изменением его сопротивления добиваются уменьшения показания PI2 вдвое. Затем переменным резистором R по образцовому миллиамперметру РI1 восстанавливают определенное ранее значение тока полного отклонения.

Последовательной неоднократной регулировкой Rш и R добиваются соответствия тока в цепи, равного начальному, т. е. току полного отклонения ИП, а ток непосредственно через ИП должен быть вдвое меньшим. Когда будет достигнуто такое состояние, ток через ИП и Rш становится одинаковым, следовательно, и сопротивления параллельных ветвей тоже одинаковы. Измерив омметром сопротивление рабочей части Rш (по схеме между средним и правым выводами), находим второй неизвестный параметр.

Применение шунтов позволяет расширить пределы показаний миллиамперметра или амперметра (но при этом ухудшаются разрешающая способность, чувствительность при измерениях). Расчет сопротивления шунта производят по формуле где Кш, Rп — соответственно сопротивления шунта и прибора без шунта, Ом; n — число, показывающее, во сколько раз должен быть увеличен предел измерений.

В зависимости от сопротивления шунта в качестве этого элемента могут быть использованы медный провод на катушке, металлическая пластина, нормализованный (стандартный) резистор с малым допуском отклонения сопротивления. Отечественной промышленностью выпускаются калиброванные наружные шунты (НШ), рассчитанные на определенные номинальные токи и падения напряжения на них (45, 60, 75, 100 и 300 мВ).

Для измерения миллиамперметром или амперметром напряжения последовательно с прибором следует включить добавочный резистор. В этом случае входное сопротивление получившегося вольтметра будет складываться из сопротивлений рамки стрелочного прибора и добавочного резистора (ДС). Последнее для имеющегося прибора и необходимой измеряемой величины напряжения можно определить по формуле где Uп — наибольшее значение напряжения данного предела измерений, В; Iпо — ток полного отклонения используемого прибора, A; Rп — сопротивление рамки используемого прибора, Ом.

Входное сопротивление вольтметра на разных пределах измерений разное, поэтому удобнее оценивать вольтметр его входным сопротивлением, отнесенным к 1В измеряемой величины (относительное сопротивление, Ом/В). Чем больше относительное входное сопротивление, тем меньше прибор влияет на параметры измеряемой цепи и тем точнее (при прочих равных условиях) будут производимые вольтметром измерения.

Некоторые типы приборов магнитоэлектрической системы (наиболее распространенных в практике измерений) и их характеристики приведены в табл. 2. В данной таблице для каждого типа приборов указаны виды измеряемой величины, а для каждого вида измерений класс точности выпускаемого прибора и верхний предел измерения. Для каждого измерителя тока приведены его внутреннее сопротивление (или интервал сопротивлений, в пределах которых может быть изготовлена рамка в зависимости от чувствительности прибора), а для измерителей напряжения ток полного отклонения стрелочного прибора.

Пример. Прибор типа М900: микроамперметр — выпускается с классом точности 1,0 и 1,5; пределы измерений, мкА — 5-0-5 (шкала прибора с нулем посередине), 0-10, 10-0-10, 0-15, 0-20, 0-25 (в таблице даны значения только минимального и максимального пределов измерений — 5 мкА и 25 мкА); внутреннее сопротивление прибора с пределом измерения 5 мкА — 5000 Ом, 25 мкА — 800 Ом; милливольтметр — выпускается с классом точности 1,0 и 1,5; пределы измерений, мВ — 5-0-5, 0-10, 10-0-10, 0-15, 0-20, 0-25; ток полного отклонения 1 мА. Более подробные сведения о характеристиках и условиях применения электроизмерительных приборов, методах измерений, а также о приборах, не вошедших в приводимую таблицу, можно найти в литературе [1-3].

Таблица 2.

Литература:

1. Шкурим Г. П. Справочник по электро- и электронно-измерительным приборам.— М.: Воениздат, 1972

2. Справочник по электроизмерительным приборам. Под ред. Илюнина К. К.— Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. отделение, 1983

3. Измерения в электронике. Справочник. Под ред. Кузнецова В. А.— М.: Энергоатомиздат, 1987

Материал подготовил О. Старостин