<<
>>

Классификация средств измерений

При классификации часто используется следующие признаки:

1) По способу представления информации

· Аналоговые. Каждому значению измеряемой величины соответствует некая выходная аналоговая величина.

· Цифровые. Каждому аналоговому значению входной величины соответствует некий набор импульсов – код.

2) По принципу действия

· Электро - механические

· Термо - электрические

· Электронные

3) По методу измерительного преобразования (по методу измерения)

· По методу прямого измерительного преобразования.

· По методу прямого дифференциального измерительного преобразования.

· По методу уравновешивающего измерительного преобразования.

· По методу уравновешивающего развертывающего преобразования ( применяется в АЦП)

4) По наличию вычислительного устройства

· С вычислительным устройством.

· Без вычислительного устройства.

Электромеханические средства измерения принято разделять на: Магнитоэлектрические Электромагнитные Электростатические Электродинамические

Последние 3 типа используются в основном для измерения величин переменного тока и высоковольтных измерений, а магнитоэлектрические применяются при технологических измерениях.

Магнитоэлектрические средства измерений

Магнитоэлектрический механизм( рисунок 4)

Принцип действия этого механизма основан на явлении возникновения силы , которая действует на проводник с током в магнитном поле. Для реализации этого принципа используется легкая рамка 2, которая содержит большое число витков медной, покрытой лаком проволоки диаметров сотых долей миллиметра. Эта рамка размещается на оси 3, а последняя установлена на подшипниках 8 и 9 так, что рамка находится между сердечником 1 и полюсными наконечниками 5 и 6 постоянного магнита 7. Так как конфигурация полюсных наконечников и сердечника является коаксиальной, то в зазоре между сердечником и полюсными наконечниками образуется однородное магнитное поле.

Это важно для того, чтобы при повороте рамки магнитная индукция оставалась постоянной. Измеряемый ток подводится к рамке через спиральные пружинки 4, закрученные в противоположные стороны. При появлении в рамке тока, на ней возникает вращающий момент М1 (ф.1). Этот момент поворачивает рамку до тех пор, пока с помощью пружин 4 не возникнет уравновешивающий вращающий момент М2. Вся система остановится, когда М1=М2 (ф.2,3). Тогда стрелка по шкале 11 покажет значение измеряемого тока. Математическое описание приведено в формулах, где М1 - момент, возникающий на рамке под действием тока, к1- постоянный коэффициент, зависящий от конструкции рамки (размера, числа витков, диаметра проволоки), В – магнитная индукция постоянного магнита, I – измеряемая сила тока, К2 – постоянный коэффициент, зависящий от параметров спиральных пружинок (толщины, ширины, длины), М2 – момент, фи – угол поворота рамки, Е- модуль Юнга. Из равенства двух моментов находим (ф.4), где все величины кроме тока постоянны и К – коэффициент преобразования данного механизма.

Магнитоэлектрические механизмы выпускаются разных размеров и типов, они позволяют измерять минимальный ток 10^(-6) ампера. Поэтому они используются для создания амперметров и вольтметров постоянного тока.

Магнитоэлектрические приборы постоянного тока (рисунок 5)

МЭМ – магнитоэлектрический механизм. На рисунке а) показана схема амперметра постоянного тока. Для его создания надо знать значение тока, на который рассчитан МЭМ, изученный выше. Далее рассчитывает сопротивление шунта Rш – определяют отношение максимального тока, который надо измерить к максимальному току, который может протекать по рамке МЭМ. Положим, что это отношение равно n, I – максимальный ток. По этому значению n рассчитывается сопротивление шунта. На рисунке б) показана схема вольтметра постоянного тока МЭМ. Здесь при известном максимальном значении измеряемого напряжения U, при известном значении падения напряжения на рамке Uр, рассчитывается m и по ней определяется значение дополнительного сопротивления Rд, которое надо получить последовательно с рамкой МЭМ. Итак, для создания амперметра постоянного тока надо параллельно рамке включить шунт.

А для создания вольтметра постоянного тока, надо последовательно с рамкой включить дополнительное сопротивление.

Классы точности магнитоэлектрических приборов составляют 0,02-1,5.

Магнитоэлектрические приборы переменного тока (рисунок 6)

Как видно, амперметр переменного тока может быть сделан из амперметра постоянного тока путем введения в схему преобразователя Пр (выпрямителя). Который преобразует переменный ток в постоянный. Для схемы б) вольтметр переменного тока введением преобразователя добиваются того, чтобы к МЭМ поступал постоянный ток. Класс точности таких приборов 1-4. Низкая точность связана с тем, что поступающие колебания напряжения или тока могут иметь произвольную форму. Для гармонических достигается наибольшая точность.

Электронные аналоговые приборы (рис. 7)

Рисунок а) это прибор для измерения напряжения или тока постоянного. Здесь в входном устройстве используются резисторные делители. Которые позволяют уменьшать значение, поступающего на вход напряжения или тока. Обычно это вольтметры, а с помощью входного устройства путем измерения падения напряжения на резисторе обеспечивается измерение тока. С выхода этого устройства сигнал поступает на УПТ и далее в МЭМ. На рисунке б) и в) это вольтметры для измерения напряжения и переменного тока. Как в предыдущих схемах, измерение тока обеспечивается путем измерения падения напряжения на активном резисторе. В схеме б) первоначально с ВхУ сигнал поступает в усилитель переменного тока, где усиливается, а затем преобразуется преобразователем (выпрямителем) в пульсирующий постоянный ток, величина которого измеряется МЭМ. В схеме в) первоначально сигнал преобразуется, т.е. выпрямляется, а затем поступает на УПТ, а оттуда в МЭМ. В Схеме б) используется усилитель переменного тока, обеспечивается измерение переменного напряжения только в ограниченном диапазоне частот.

Это определяет тем, что между каскадами УПерТ включен конденсаторы. Но чувствительность таких схем наибольшая. В схеме в) входной сигнал сначала выпрямляется, но т.к. выпрямление осуществляется с помощью диода, то имеет место порог чувствительности этих диодов, которым и ограничивается порог чувствительности измерительного прибора в целом. Зато область частот тут неограниченна т.к. УПТ имеет неограниченную полосу пропускания. Диапазон измеряемых значений напряжения от 10^(-8) до 10^(4)В. Классы точности от 0,5 до 3.

Электронные цифровые приборы (рис. 8)

Чаще всего такие приборы являются вольтметрами постоянного тока, а затем с помощью входных устройств обеспечивается возможность измерений тока и сопротивления. Основной частью вольтметра является АЦП, назначение которого состоит в преобразовании постоянного напряжения в некоторый набор импульсов (код). ВхУ обеспечивет переключение вольтметра в режим измерения напряжения или тока, иногда сопротивления. После ВхУ сигнал усиливается высококачественным УПТ, которым в целом определяется точность цифровой отметки. Далее сигнал преобразуется с помощью АЦП и посылается в Дш, где с помощью логический схем он управляет работой цифрового отсчетного устройства, на котором результат представляется в десятичной системе исчисления. Сейчас существует множество вольтметров, которыми определяется принцип действия АЦП. Здесь применяются АЦП параллельного (прямого) преобразования, частото-импульсного преобразования, время-импульсного преобразования, уравновешивающего преобразования (развертывающего и поразрядного). Класс точности цифровых вольтметров от 1 до 0,002. Диапазоны измерений такие же, как и у аналоговых приборов.

<< | >>
Источник: Автоматизация производственных процессов. Лекции. Часть 1. 2011

Еще по теме Классификация средств измерений: