Критерии выбора измерительных преобразователей.(лекция)

Измерение электрических величин. Меры. Масштабные преобразователи. Измерительные трансформаторы. Измерительные усилители. (Дополнительная литература)

- Электрическое измерение - это нахождение (экспериментальными методами) значения физической величины, выраженного в соответствующих единицах. Измерение электрических величин, таких, как напряжение, сопротивление, сила тока, мощность. Измерения производятся с помощью различных средств - измерительных приборов, схем и специальных устройств. Тип измерительного прибора зависит от вида и размера (диапазона значений) измеряемой величины, а также от требуемой точности измерения. В электрических измерениях используются основные единицы системы СИ: вольт (В), ом (Ом), фарада (Ф), генри (Г), ампер (А) и секунда (с).

- Устройства, являющиеся вещественным воспроизведением единиц измерения либо их краткими и дробными значениями, называются мерами

- Масштабные преобразователи могут быть отдельными средствами измерений или входить составной частью в другие средства измерений. Масштабным называют измерительный преобразователь, предназначенный для измерения величины в заданное число раз. К ним относят шунты, делители напряжения, измерительные усилители, измерительные трансформаторы. (Шунты применяются для уменьшения силы тока в заданное число раз. Такая задача возникает, когда диапазон показаний амперметра меньше диапазона изменения измеряемого тока).

- Измерительный трансформатор - это электрический трансформатор, на первичную обмотку которого воздействует измеряемый ток или напряжение, а вторичная, понижающая, включена на измерительные приборы и реле защиты. Измерительный трансформатор применяют в установках переменного тока для изоляции цепей измерительных приборов и реле от сети высокого напряжения и для расширения пределов измерения измерительных приборов. Непосредственное включение измерительных приборов в цепь высокого напряжения сделало бы приборы опасными для прикосновения.

- Измери́ тельный усилитель — электронный усилитель, применяемый в процессе измерений и обеспечивающий точную передачу электрического сигнала в заданном масштабе. Измерительные усилители применяются в качестве предварительных усилителей слабых сигналов постоянного и переменного токов, а также в качестве выходных усилителей мощности.

Измерительные усилители (ИУ) служат для усиления измеряемых электрических сигналов, а следовательно, для повышения чувствительности средств измерений. Их применение в то же время позволяет уменьшить потребление энергии от исследуемого объекта. Они применяются также для согласования сопротивлений сопрягаемых преобразователей, в том числе при необходимости подключения низкоомного сопротивления нагрузки к высокоомному источнику сигнала. ИУ могут быть не только масштабными преобразователями напряжения, но и преобразователями напряжения в ток или тока в напряжение

Критерии выбора измерительных преобразователей.(лекция)

Измери́ тельный преобразова́ тель — техническое средство с нормируемыми метрологическими характеристиками, служащее для преобразования измеряемой величины в другую величину или измерительный сигнал, удобный для обработки, хранения, дальнейших преобразований, индикации и передачи, но непосредственно не воспринимаемый оператором. ИП или входит в состав какого-либо измерительного прибора (измерительной установки, измерительной системы и др.) или применяется вместе с каким-либо средством измерений.

По характеру преобразования:

Аналоговый измерительный преобразователь — измерительный преобразователь, преобразующий одну аналоговую величину (аналоговый измерительный сигнал) в другую аналоговую величину (измерительный сигнал);

Аналого-цифровой измерительный преобразователь — измерительный преобразователь, предназначенный для преобразования аналогового измерительного сигнала в цифровой код;

Цифро-аналоговый измерительный преобразователь — измерительный преобразователь, предназначенный для преобразования числового кода в аналоговую величину.

По месту в измерительной цепи:

Первичный измерительный преобразователь — измерительный преобразователь, на который непосредственно воздействует измеряемая физическая величина. Первичный измерительный преобразователь является первым преобразователем в измерительной цепи измерительного прибора;

Датчик — конструктивно обособленный первичный измерительный преобразователь;

Детектор — датчик в области измерений ионизирующих излучений;

Промежуточный измерительный преобразователь — измерительный преобразователь, занимающий место в измерительной цепи после первичного преобразователя.

По другим признакам:

Передающий измерительный преобразователь — измерительный преобразователь, предназначенный для дистанционной передачи сигнала измерительной информации;

Масштабный измерительный преобразователь — измерительный преобразователь, предназначенный для изменения размера величины или измерительного сигнала в заданное число раз.

По принципу действия ИП делятся на генераторные и параметрические.

3. Приборы магнитоэлектрической системы. Конструкция. Принцип работы. (лекция + методичка)

Магнитоэлектрическая система

В магнитоэлектрических механизмах вращающий момент создается в результате взаимодействия магнитного поля постоянного магнита и магнитного поля проводника с током, выполненного обычно в виде катушки. В измерительных механизмах магнитоэлектрической системы рамка подвижной части перемещается в магнитном поле воздушного зазора.

Магнитная цепь измерительного механизма с внешним магнитом состоит из сильного постоянного магнита 1, полюсных наконечников с цилиндрической поверхностью 3, цилиндрического сердечника 4 и магнитопровода 5, выполненных из магнитомягкого материала. В воздушном зазоре между сердечником и полюсными наконечниками создается сильное, практически равномерное радиальное магнитное поле.

Подвижная часть механизма 2 представляет собой катушку (рамку) прямоугольной формы из тонкого медного или алюминиевого провода, намотанного на алюминиевый каркас (либо без каркаса), которая может поворачиваться вокруг сердечника в магнитном поле. К рамке с двух сторон приклеиваются алюминиевые буксы для закрепления растяжек или кернов для крепления подвижной части. Уравновешивание подвижной части осуществляется грузиками в. Стрелка 7 и циферблат со шкалой образуют отсчетное устройство; магнитный шунт 8 служит для регулировки магнитной индукции в воздушном зазоре.

Вращающий момент, действующий на подвижный элемент, определяется

где - магнитная индуктивность;

- число витков обмотки.

Кроме вращающего момента на подвижную часть измерительного механизма действует противодействующий момент:

где — угол поворота подвижной части

— удельный противодействующий момент.

Движение (вращение) подвижной части происходит до тех пор, пока противодействующий момент не уравновесится с вращающим.

— представляет собой чувствительность измерительного механизма к току, следовательно:

Угол поворота стрелки пропорционален величине тока в катушке, и, следовательно, шкала прибора с внешним магнитным полем оказывается равномерной.

Достоинством магнитоэлектрического измерительного механизма является высокая чувствительность, большая точность равномерности шкалы, хорошее успокоение. Недостатки магнитоэлектрических измерительных механизмов: сложность, относительная высокая стоимость, невысокая перегрузочная способность, обусловленная легким перегревом пружин и изменение их свойств.