2020-05-25
88Лекция
Содержание: принцип действия и устройство измерительного механизма магнитоэлектрической системы; способы расширения пределов измерений.
Цель: изучить основы построения сервисных приборов.
Современные технологии измерений и измерительная техника для телекоммуникаций обширны. Всю измерительную технику можно разделить на эксплуатационное и системное измерительное оборудование.
Эксплуатационное оборудование должно обеспечить качественную эксплуатацию отдельных устройств и поиск неисправностей в них. Это измерительное оборудование должно быть простым, портативным и дешёвым.
Измерение постоянного тока производится приборами на основе измерительного механизма магнитоэлектрической системы (ИМ МЭС) (рисунок 3.1).
1 – подвижная рамка из тонкого медного провода, намотанного на каркасе (либо без каркаса); 2 – магнитопровод; 3 – полюсные наконечники постоянного магнита; 4 – внутрирамочный цилиндр из стали; 5 – пружины; 6 – индикаторная стрелка; 7 – шкала
|
|
|
а) б)
Рисунок 3.1 – ИМ МЭС: а – магнитная система; б – конструктивная схема механизма
ИМ МЭС является измерителем тока. Ток, подводимый к рамке через пружины и проходящий по проводам рамки, имеющей сопротивление Rр, взаимодействует с магнитным полем постоянного магнита. В результате рамка начинает поворачиваться под действием вращающего момента
M вр = BsNI
где B – индукция в зазоре;
s – площадь рамки;
N – число витков рамки;
I – измеряемый ток.
Под действием этого момента рамка начинает поворачиваться, испытывая противодействие со стороны пружин. Они создают противодействующий момент
M пр = Wα
где W – удельный момент пружины;
α – угол поворота стрелки относительно шкалы прибора.
Когда эти моменты сравняются, стрелка покажет результат по шкале в заданных единицах измеренияaизмерения
M = BsN/ W α I = SI
где S = M / I – чувствительность механизма, имеющая размерность делений на единицу тока.
Обратная величина от чувствительности и есть цена деления (постоянная) прибора
С= 1 / S
имеющая размерность – единица тока на деления.
Современный ИМ МЭС (рисунок 3.2) выполняется весьма компактным и большой чувствительности. Например, механизм на номинальный ток Iн = 10 мкА имеет сопротивление рамки Rр = 2200 Ом за счёт сопротивления провода диаметром 0,02 мм с числом витков 750. При номинальном токе на входном сопротивлении механизма создаётся номинальное падение напряжения Uн =0,022 В.
а) 1 – стрелка; 2 – шкала; 3,9 – полуось; 4,11 – спиральные пружины; 5 – букса; 6 – кольцо из магнитомягкого материала; 7 – рамка; 8 – постоянный магнит; 10 – противовесы; 12,13 – корректоры.
|
|
|
б) 1 – букса; 2 – стрелка; 3 – шкала; 4,8 – растяжка; 5 – кольцо из магнитомягкого материала; 6 – рамка; 7 – постоянный магнит; 9 – противовесы; 10 – корректор; 11 – винт корректора.
а) б)
Рисунок 3.2 – ИМ МЭС на кернах (а) и на растяжках (б)
Подобный прибор можно включить в электрическую цепь, например, для измерения термо-э.д.с. термопары (рисунок 3.3). В этом случае он называется милливольтметром.
Рисунок 3.3 – Схема измерения термо-э.д.с. милливольтметром
ИМ МЭС можно использовать для измерения токов, например, в нашем случае свыше 10мкА и напряжений свыше 22мВ. Для расширения по току применяются масштабные преобразователи – шунты, и, соответственно, по напряжению – добавочные сопротивления (рисунок 3.4).
а) б) в)
Рисунок 3.4 – Измерительные схемы: а – включение шунта; б – двухпредельный амперметр; в – вольтметр с добавочным сопротивлением
Шунт – весьма малое активное сопротивление величиной Rш включается как делитель тока в разрез провода, в котором измеряется проходящий по нему ток. Он изготавливается из материала с высоким удельным сопротивлением – манганина. Сопротивление шунта рассчитывается по формуле
Rш=Rи/(n - 1)
где n=I/Iи – коэффициент шунтирования;
Rи – внутреннее (входное) сопротивление прибора;
I – измеряемый ток;
Iи – номинальный (предельный ток) прибора.
Добавочное сопротивление (добавочный резистор) включается последовательно с ИМ МЭС, а такое устройство – на измеряемое напряжение (рисунок 3.4в). Добавочный резистор – катушка из провода сопротивления – манганина. Его сопротивление рассчитывается по формуле
Rд =Rи (m – 1)
где m=U/Uи – коэффициент деления;
Uи=IиRи – падение напряжения на рамке прибора при номинальном значении тока.
Возможность использовать ИМ МЭС для измерения постоянных токов и напряжений реализована в мультиметре.
Мультиметр аналоговый – комбинированный прибор, состоящий из ИМ МЭС, набора шунтирующих и добавочных резисторов и их коммутирующих устройств.
В таких приборах применяют только магнитоэлектрический механизм – микроамперметр с током полного отклонения IН=10…300мкА и внутренним сопротивлением RИ=30…1200Ом. В качестве шунтов и добавочных сопротивлений используются резисторы, специально изготовленные из проводов, выполненных из сплавов высокого сопротивления (например, манганин), либо стандартизированные резисторы типов МЛТ (с отклонением сопротивления от расчётного 2…10%), типов С2-29В (0,05…1%) и типов С5-54В (0,01…0,05%),и др.
Задания для самоподготовки
Прочитайте лекцию. Выучите новые термины и формулировки и ответьте на вопросы
1. Что такое аналоговый прибор измерения.
2. Как подключаются приборы для измерения тока.
3. Как подключаются приборы для измерения напряжения.
4.Зарисуйте схемы подключения приборов для измерения напряжения и тока.
Ответы присылать в письменном виде
