Измерительный компенсатор переменного тока
Могут быть с ручным и автоматическим уравновешиванием.
Принцип действия: измеряемая ЭДС (напряжение) уравновешивается известным напряжением, создаваемым рабочим током на участке рабочей цепи.
Для уравновешивания двух напряжений переменного тока необходимо равенство этих напряжений по модулю, противоположность по фазе, равенство частоты и идентичность формы кривой. Первые три условия можно обеспечить путем выбора принципиальной схемы компенсатора и питания исследуемой цепи и компенсатора от одного источника. Последнее условие обеспечивается дополнительными мерами.
В качестве нуль-индикаторов, так же как и в мостах переменного тока, применяют вибрационные гальванометры, электроннолучевые нуль-индикаторы или усилители с выпрямительными приборами на выходе.
При помощи компенсаторов переменного тока можно измерять напряжения и ЭДС переменного тока и косвенно ток, сопротивление, магнитный поток и другие величины. Компенсаторы переменного тока позволяют определять не только модули величин, но и их фазу.
Компенсаторы переменного тока по точности измерений значительно уступают компенсаторам постоянного тока. Это объясняется главным образом тем, что не существует меры ЭДС переменного тока, аналогичной нормальному элементу.
Автоматические компенсаторы
Измерительные компенсаторы, у которых процесс компенсации производится автоматически, называются автоматическими компенсаторами.
|
|
|
Измерительные компенсаторы предназначены для измерения электрических и неэлектрических величин, чаще всего применяют для измерения температур.
Автоматические компенсаторы бывают с полным и неполным уравновешиванием.
Автоматический компенсатор постоянного тока:
Схема чаще всего применяется в потенциометрах и может быть снабжена регистрирующим устройством.
Измеряемая ЭДС EХ компенсируется напряжением в диагонали б-г. Если измеряемое ЭДС и значение компенсирующего напряжения Uб-г в диагонали б-г скомпенсированы, то на усилитель У сигнал не поступает и ротор двигателя остается неподвижным. Если же EХ не компенсируется напряжением Uб-г, то на вход усилителя поступает сигнал, который усиливается и подается на реверсивный двигатель, ротор которого начинает вращаться и перемещает подвижный контакт резистора RТ в сторону достижения компенсации двух величин. Одновременно ротор двигателя связан с указателем отсчетного устройства, как только EХ компенсируется напряжением Uб-г, то ротор двигателя перестает вращаться и по положению контакта RТ и по показанию отсчетного устройства можно судить о значении измеряемой величины.
|
|
|
Используют стабилизированные источники питания.
Автоматический компенсатор переменного тока
Значительно сложнее, чем компенсаторы постоянного тока. Основное назначение: исследование маломощных цепей переменного тока.
Регистрирующие приборы
Регистрирующие приборы – приборы, в которых предусмотрена автоматическая регистрация измерительной информации, поступающей на вход прибора, на материальном носителе.
Регистрирующие приборы позволяют:
- измерять изменение измеряемой величины во времени
-установить функциональную зависимость между двумя или несколькими измеряемыми величинами.
Регистрирующие приборы делятся на 3 группы:
1. Самопищущие
2. Осциллографы (светолучевые)
3. Магнитографы
Регистрация осуществляется на материальном носителе.
Регистрация – это представление измерительной информации в форме видимых или скрытых изображений, размещенных на специальном материальном носителе.
В качестве материального носителя могут быть:
- диаграммная лента
- свето- и фоточувствительная бумага
- магнитная лента
- диаграмные диски
- бумага со слоем воска, сажи или лака
3 способа регистрации:
1. нанесение слоя вещества на материальный носитель;
|
|
|
2. снятие слоя вещества с материального носителя;
3. изменение физико-химического состояния слоя материального носителя.
Нанесение слоя вещества на материальный носитель
Преимущества метода:
1. долговечность документов регистрации
2. возможность визуального наблюдения за процессом регистрации
3. удобный и дешевый материальный носитель
Способы реализации такой регистрации: запись чернилами, пастой или печатаньем.
Запись чернилами
Регистрирующий орган – перо с чернильницей (капилляр из нержавеющей стали).
Основной недостаток – в капилляре засыхают чернила при длительном простое.
Достоинства записи чернилами:
1. хорошее качество следа на материальном носителе
2. большая продолжительность работы без перезарядки
3. долговечность регистрирующего органа
4. незначительное воздействие со стороны регистрирующего органа на подвижную часть измерительного механизма
Недостатки:
1. потребность в специальных незасыхающих чернилах
2. спарение этих чернил
3. засорение внутреннего отверстия регистрирующего органа
4. относительно большая ширина следа, оставляемого на бумаге
Запись чернилами применяется в быстродействующих приборах с магнитоэлектрическим или электромагнитным ИМ.
|
|
|
Регистрирующие приборы с регистрацией чернилами могут быть:
1. одноканальными
2. многоканальными.
Запись пастой
Если при регистрации необходима кол-венная оценка регистрируемого параметра, то применяют регистрирующие приборы с регистрирующим органом в виде пасты в шариковом устройстве, либо пасты под давлением.
Недостаток: возможность засыхания пасты в шарике
Чтобы устранить этот недостаток применяют регистрирующий орган, в котором паста подается под давлением с помощью миниатюрного компрессора.
Недостаток: наличие компрессора усложняет конструкцию и утяжеляет регистрирующий орган.
Запись печатаньем
Применяют в чувствительных приборах с небольшим вращающим моментом.
Недостатки:
1. потеря непрерывности линии регистрации
2. сложная конструкция регистрирующего органа
3. высокая стоимость
Преимущество:
- отсутствие трения между регистрирующим органом и материальным носителем, что позволяет снизить погрешность и мощность, потребляемую средством из-я.
- Регистрация печатанием позволяет осуществить запись нескольких функциональных зависимостей одновременно на одном матер. носителе.
Снятие слоя вещества с материального носителя
Регистрирующий орган - стальная игла, резец или стержень, нагретые током. Материальный носитель – бумага, покрытая слоем сажи, воска или лака.
Недостатки:
1. значительное трение между материальным носителем и регистрирующим органом
2. дополнительные затраты энергии на нагрев регистрирующих органов
3. высокая стоимость материального носителя
4. недолговечность материального носителя
Изменение физико-химического состояния слоя материального носителя
Чаще всего в виде тепловой регистрации. Материальный носитель - специальная термочувствительная бумага. Регистрирующий орган – тепловой луч.
Преимущества:
- безинерционность регистрирующего органа
- отсутствие механического трения между регистрирующим органом и материальным носителем.
Недостаток:
- высокая стоимость материального носителя.
- в некоторых случаях дополнительная обработка мат. носителя
Конструктивно регистрирующие приборы выполняют по двум схемам:
1. прямого преобразования (самопишущие приборы и светолучевые осциллографы);
2. уравновешивающего преобразования (автоматические самопишущие мосты и потенциометры).
По схеме прямого преобразования строится большинство самопишущих приборов, светолучевые осциллографы и магнитографы.
1. Структурная схема регистрирующего прибора прямого преобразования
Магнитоэлектрические измерительные механизмы применяют в самопишущих вольтметрах и амперметрах, предназначенных для работы в цепях постоянного тока. Ферродинамические измерительные механизмы используют в самопишущих приборах для цепей переменного тока: в вольтметрах, амперметрах, ваттметрах.
В случае регистрации неэлектрических величин в схему необходимо добавить первичный преобразователь ПП, который будет преобразовывать неэлектрическую величину в электрическую.
2. Структурная схема регистрирующего прибора уравновешивающего преобразования
По схеме уравновешивающего преобразования строят более сложные регистрирующие приборы, автоматические мосты и компенсаторы (потенциометры). Эти приборы применяют для измерения и регистрации неэлектрических величин.
В структурную схему входят:
У – усилитель некомпенсации
Д –реверсивный двигатель
Р – редуктор
МП – механическая передача
РУ – регистрирующее устройство
УУ – уравновешивающее устройство
Хос – величина обратной связи.
Выходная величина прибора – это угол поворота двигателя или редуктора.
По динамическим характеристикам регистрирующие приборы уравновешивающего преобразования делятся на две группы:
1. приборы со статической характеристикой
2. приборы с астатической характеристикой
Структурная схема регистрирующего прибора со статической характеристикой:
ОП – обратный преобразователь;
СП – самопишущий прибор.
В статических уравновешивающих приборах при постоянном входном воздействии разность между измеряемой величиной X и величиной обратной связи XОС стремится к конечному значению, которое зависит только от значения измеряемой величины. В таких приборах происходит не полное, а лишь частичное уравновешивание.
Степень некомпенсации измеряемой величины величиной ОС называется статизмом:
, 
где β – коэффициент обратного преобразования
K – коэффициент прямого преобразования
Выходной величиной замкнутой части прибора является напряжение или ток.
Приборы по сравнению с приборами прямого преобразования обладают высокой точностью.
Структурная схема регистрирующего прибора с астатической характеристикой:
В регистрирующих приборах с астатической характеристикой при постоянном входном воздействии разность между измеряемой величиной X и величиной обратной связи XОС стремится к 0 (ΔX→0) вне зависимости от измеряемой величины.. К ним относят потенциометры для измерения напряжения в цепях постоянного тока и для измерения температуры (КСП), а так же уравновешенные мосты для измерения температуры; миллиамперметры и милливольтметры.
Самопишущие приборы
Самопишущие – приборы, которые осуществляют запись показаний в форме диаграмм на матер. носителе. Зависимость, подлежащая регистрации, представляют в виде графика, который хар-зует изменение регистрируемого параметра во времени.
В зависимости от структурной схемы делятся на две группы:
1. приборы прямого преобразования
2. приборы уравновешивающего преобразования
В самопишущих приборах прямого преобразования применяют электромеханические ИМ, оснащенные устройствами регистрации показаний в форме диаграммы.
В зависимости от частоты изменения регистрирующего сигнала различают:
1. приборы с медленно изменяющейся частотой измерительного механизма (ИМ магнитоэлектрический или ферродинамический)
2. быстродействующие приборы (ИМ магнитоэлектрич, ферродинамич. или э/магнитный)
Недостаток:
- появление зоны нечувствительности. Это объясняется трением в кинематических передачах и зазорах.
- трение м/у матер. носителем и регистрирующим органом, что так же приводит к снижению чувствительности
Светолучевой осциллограф
Светолучевой осциллограф (электромеханический, шлейфовый) – регистрирующий прибор прямого преоб-я. Регистрация световым лучом на светочувствительной бумаге.
Принцип действия аналогичен принципу действия магнитоэлектрических: основан на взаимодействии поля постоянного магнита с полем рамки, по обмотке которой протекает измеряемый ток. В результате этого взаимодействия возникает вращающий момент:
где B – магнитная индукция в воздушном зазоре;
S – площадь рамки;
I – ток в рамке;
w - число витков обмотки рамки.
Достоинства:
1. широкий частотный диапазон регистрируемых параметров
2. возможность одновременной регистрации большого количества сигналов;
3. безинерционность регистрирующего органа;
4. отсутствие механического контакта между регистрирующим органом и материальным носителем;
5. хорошее качество следа, оставляемого на материальном носителе.
Недостатки:
1. необходимость дополнительной обработки материального носителя для получения видимых изображений. Недостаток можно исключить, если использовать вместо светолучевой лампы ртутную лампу, а вместо светочувствительной бумаги – бумагу типа УФ (ультрафиолетовую).
2. В большинстве конструкций не предусмотрена возможность наблюдения за процессом регистрации.
Основные узлы светолучевого осциллографа:
1. Магнитный блок с гальванометрами-вставками
2. Оптическая система
3. Развертывающее устройство
4. Отметчик времени
Основной составной частью является магнитный блок с гальванометрами-вставками:
1 – растяжка
2 – зеркало
3 – рамка
4 – магнитная система
5 – пружина
В магнитопроводе первого блока имеются гнезда для гальванометров-вставок. Гальванометр-вставка – подвижная часть ИМ магнитоэлектрической системы, которая заключена в металлический немагнитный кожух с полюсными наконечниками из магнитомягкого материала. Внешний диаметр ≈ 6 мм.
Гальванометр-вставка состоит:
1 – крышка
2 – линзы
3 – рамки
4 – полюсные наконечники
5 – корпус
6 – миниатюрное зеркало, закрепленное на одной из растяжек.
Контактными поверхностями является корпус и изолированный от него токоподвод.
Выбор гальванометра из набора вначале по частотным свойствам, потом по чувствительности и значению регистрируемого параметра.
Светолучевые осциллографы снабжены устройствами для протяжки материального носителя со скоростью 10 мм/с. Толщина следа 0,3 мм.
Для передачи колебательного движения подвижной части гальванометра-вставки, записи на носителе и в некоторых случаях визуального наблюдения за процессом служит оптическое устройство.
Схема оптического устройства
Л – осветительная лампа
З – зеркало
Б – зеркальный барабан
Э – матовый экран
Луч света от осветительной лампы Л, проходя через система линз и призм попадает на миниатюрное зеркало З, закрепленное на растяжке подвижной части осциллографического гальванометра. Отразившись от зеркала световой луч через систему линз и призм попадает на материальный носитель. При колебаниях подвижной части гальванометра световое пятно совершает на носителе поперечные колебания. Для развертки регистрируемого сигнала во времени материальный носитель протягивают с постоянной скоростью с помощью специального лентопротяжного механизма. В некоторых конструкциях светолучевых осциллографов предусмотрен специальный матовый экран для визуального наблюдения за процессом регистрации. В этом случае часть света, отразившегося от зеркала, через систему линз и призм попадает на зеркальную поверхность барабана, который вращается с постоянной скоростью. Барабан вращается, изменяется угол падения луча на каждую грань барабана, на экране появляется пятно, которое перемещается, совершая колебательные движения вдоль матового экрана.
Для установления масштаба по оси времени светолучевые осциллографы снабжены отметчиками времени. Отметчик времени – электромеханическое устройство, которое световым лучом наносит на материальном носителе вертикальные линии через определенные промежутки времени.
Посчитав количество делений и умножив их на масштаб по времени получаем временную характеристику.
Для определения мгновенного значения тока необходимо измерить в мм расстояние α, соответствующее отклонению луча на материальном носителе, и поделить на произведение чувствительности по току SI и расстояния l от зеркала до материального носителя: 
.
Чувствительность гальванометра и расстояние l постоянны.
Способ регистрации - изменение физико-химического состояния слоя материального носителя.
В качестве успокоителей используются магнитоиндукционные.
Магнитографы
Способ регистрации - изменение физико-химического состояния слоя материального носителя – магнитный способ регистрации.
Упрощенная схема
1 – Магнитная лента
2,3 – катушки
4 – воспроизводящая головка
5 – записывающая головка
6 – стирающая головка
В качестве материального носителя используется магнитная лента. В процессе регистрации магнитная лента перематывается с катушки 2 на катушку 3, при этом лента проходит вблизи трех магнитных головок: стирающей 6, записывающей 5 и воспроизводящей 4. Регистрируемый ток пропускается по обмотке головки 5, которая имеет магнитопровод из материала с высокой магнитной проницаемостью. Узкий воздушный зазор магнитопровода обеспечивает острую фокусировку магнитного луча на ферромагнитный слой ленты.
Принцип магнитной регистрации заключается в намагничивании в разной степени, в зависимости от силы тока, движущейся магнитной ленты, которая предварительно должна быть размагничена стирающей головкой 6. Стирание записи (размагничивание ленты) производится путем пропускания тока высокой частоты через головку 6.
Воспроизведение магнитной записи заключается в преобразовании магнитного поля ленты в ЭДС, которая наводится в обмотке головки 4.
Преимущества:
1. возможность многократного использования материального носителя (магнитной ленты)
2. для воспроизведения информации не требуется дополнительная обработка материального носителя
3. возможность обработки результатов измерения с помощью компьютера
Недостатки:
1. Основной недостаток – в процессе проведения измерительного эксперимента нет возможности для визуального наблюдения
2. Для получения читаемых документов необходима перезапись вторичным самопишущим прибором
3. Невозможность регистрации токов низкой частоты, в том числе и на постоянном токе
4. Подвержены влиянию внешнего магнитного поля
5. Материальный носитель дорог
Благодаря достоинствам применяют для регистрации в диапазоне частот от нескольких сотен герц до нескольких десятков килогерц.
Электронные приборы
Выходной сигнал аналоговых электронных приборов является непрерывной функцией измеряемой величины.
Достоинства:
1. Высокая чувствительность приборов
2. Широкий диапазон измерений
3. Малая потребляемая мощность от измеряемой цепи
4. Широкий частотный диапазон
Электронные аналоговые приборы – показывающие приборы, применяются в цепях постоянного и переменного тока.
Делятся на 4 основные группы:
1. Приборы для измерения параметров и характеристик электрических сигналов (вольтметры, электронно-лучевые осциллографы, частотомеры, анализаторы спектра).
2. Приборы для измерения параметров и характеристик элементов электрических и радиоэлектронных схем (приборы для измерения сопротивления, емкости, индуктивности, частоты).
3. Измерительные генераторы - источники сигналов различного уровня, формы и частоты.
4. Элементы измерительных схем (усилители, множители).
Все электронные приборы в зависимости от характера измерений и вида измеряемых величин делят на 20 подгрупп. Каждая подгруппа обозначается прописной буквой русского алфавита. Каждая подгруппа состоит из нескольких видов, которые обозначаются арабскими цифрами по порядку. Приборы одного вида подразделяются на типы. Каждый тип имеет свой порядковый номер. Номер типа пишется через тире после вида.
Цифра 2 – приборы на постоянном токе
Цифра 3 - приборы на переменном токе
Цифра 7 – универсальные приборы
| Подгруппа | |
| В | Приборы для измерения напряжения В2 - вольтметры постоянного тока; В3 - вольтметры переменного тока; В4 - вольтметры импульсного тока; В7 - вольтметры универсальные. |
| Г | Генераторы измерительные Г3 - генераторы гармонических колебаний низкочастотные; Г4 - генераторы гармонических колебаний высокочастотные; Г5 - генераторы импульсов. |
| Е | Приборы для измерения параметров компонентов цепей с сосредоточенными постоянными Е3 - измерители индуктивности; Е6 - измерители сопротивлений; Е7 - измерители емкостей. |
| С | Приборы для наблюдения, измерения и исследования формы сигнала и спектра С1 - универсальные осциллографы |
| Ф | Приборы для измерения фазового сдвига Ф2 - измерители фазового сдвига |
| Ч | Приборы для измерения частоты Ч3 - частотомеры электронно-счетные |
Электронные вольтметры
Электронные приборы, которые относятся к подгруппе вольтметров, имеют обозначение В.
По назначению электронные вольтметры делятся на:
1. установки для поверки вольтметров (В1)
2. вольтметры постоянного тока (В2)
3. вольтметры переменного тока (В3)
4. фазочувствительные
5. импульсные
6. селективные
7. универсальные
8. измерители разности и отношений напряжений
9. электронные преобразователи напряжения
В электронных вольтметрах измеряемое напряжение преобразуется с помощью аналоговых электронных устройств в постоянный ток и подается на измерительный механизм магнитоэлектрической системы с отсчетным устройством.
Обобщенная структурная схема электронных вольтметров
УПТ - усилитель постоянного тока
Электронные вольтметры обладают высокой чувствительностью, широким диапазоном измеряемых напряжений, имеют большое входное сопротивление, могут работать в широком диапазоне частот.
Электронные вольтметры обычно строят по схеме прямого преобразования. Имеют относительно невысокие классы точности (1-6).
Электронные вольтметры, построенные по схеме уравновешивающего преобразования, имеют более высокие классы точности (0,2-2,5) по сравнению с приборами прямого преобразования. Конструктивно эти приборы более сложны и менее удобны в эксплуатации.
Приборы и установки для поверки используются для регулировки, настройки и поверки измерителей напряжений.
Отличительная особенность электронных вольтметров постоянного тока - их большое входное сопротивление.
Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 880; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!