IV. Электромеханические и электронные аналоговые измерительные приборы

Магнитоэлектрические мультиметры. Электронные вольтметры переменного тока. Принципы построения и функционирования. Методы расширения пределов измерения в мультиметрах. [ 1: с.113…128, 147…161; 2: с.68…74, 81…84; 3: с. 128…140; 4: с.94…111, 123…136].

 

IV.1. Основные сведения и методические указания.

В данной теме изучаются принципы и особенности работы наиболее распространенных средств измерения – аналоговых электромеханических и электронных измерительных приборов.

Аналоговые измерительные устройства - есть устройства, отображающие значение измеряемой величины в виде положения (состояния) некоторого механического или оптического индикатора (стрелки, уровня, оптического пятна и.т.п.).

 

Аналоговыми измерительными устройствами называются устройства, в которых численное значение измеряемой величины определяется человеком путем соотношения положения некоторого указателя (стрелки, уровня индикаторного столбика и пр.) с многозначной мерой (шкалой прибора).

 

В аналоговых измерительных устройствах численное значение измеряемой величины определяется экспериментатором (наблюдателем) путем сравнения положения индикатора с многозначной мерой – шкалой прибора или устройства. Поэтому, по сути дела, аналоговые измерительные устройства представляют собой последовательность измерительных (т.е. нормированных с точки зрения вводимых ими погрешностей) преобразователей измеряемой величины в физическую величину, наиболее удобную для реализации многозначной меры. Поскольку численное значение измеряемой величины, в конечном счете, устанавливается человеком, то эта многозначная мера должна быть удобна и для человека.

Несмотря на все более расширяющееся применение цифровых измерительных устройств, аналоговые измерительные устройства, благодаря своей дешевизне и надежности до сих пор играют огромную роль в практической деятельности человека.

В настоящее время измерение даже неэлектрических величин стараются осуществлять путем предварительного преобразования неэлектрической величины в электрическую, поскольку, большей частью, измерение электрических величин производится быстрее, проще и дешевле. Поэтому электроизмерительные устройства и системы занимают особое место в метрологической практике. Аналоговые электроизмерительные устройства принято подразделять на:

· Электромеханические измерительные устройства;

· Электронные измерительные устройства.

 

Электромеханические измерительные устройства

Обобщенная структурная схема электромеханических измерительных устройств непосредственной оценки приведена на рисунке IV.1.

Рис.IV.1. Обобщенная структурная схема аналогового электро-

механического измерительного устройства.

 

Здесь: X – измеряемая величина

ИП – измерительный преобразователь

ИМ – измерительный механизм

ОУ – отсчетное устройство

I,U – электрический ток или напряжение

- угол отклонения или расстояние перемещения указателя

 

Измерительный преобразователь служит для преобразования измеряемой величины в электрический ток или, что значительно реже, в электрическое напряжение. Измерительные механизм является также измерительным преобразователем и служит для преобразования электрического тока или напряжения в угол отклонения или расстояние перемещения указателя отсчетного устройства. Отсчетное устройство представляет собой многозначную меру, сравниванием с которой положения указателя отсчетного устройства, экспериментатор определяет значение измеряемой величины в соответствующих единицах.

В аналоговых электромеханических измерительных устройствах, на практике, наиболее широко используются измерительные механизмы следующего типа:

· Магнитоэлектрический

· Электромагнитный

· Электродинамический

· Электростатический

· Индукционный

В магнитоэлектрическом измерительном механизме, вращающий момент создается взаимодействием электромагнитного поля подвижной катушки по которой протекает входной ток, с полем постоянного магнита, в котором она вращается. Этот вращающий момент уравновешивается противодействующим моментом, который создает специальная спиральная пружина, препятствующая вращению катушки. Поэтому угол отклонения катушки в магнитном поле постоянного магнита зависит от вращающего момента катушки а, следовательно, и от силы входного тока.

Указатель отсчетного устройства жестко связан с подвижной катушкой и, поэтому положение указателя пропорционально входному току.

 

Шкала отсчетного устройства является многозначной мерой, и экспериментатор определяет числовое значение измеряемой величины по совпадению положения указателя с соответствующим значением меры.

 

Электронные измерительные устройства.

Электронные измерительные устройства отличаются тем, что перед электромеханическим измерительным механизмом, измерительный преобразователь представляет собой сложный электронный блок, основную часть которого представляет электронный усилитель с большим коэффициентом усиления. Благодаря этому электронные измерительные приборы в отличие от электромеханических обладают гораздо большей чувствительностью и высоким входным сопротивлением. Однако на выходе используемого усилителя подключается обычный электроизмерительный механизм, как правило, магнитоэлектрического типа, с соответствующим отсчетным устройством.

 

 

IV.2. Вопросы для самопроверки.

1. Из каких основных узлов состоит электромеханический измерительный механизм?

2. Каким образом в электромеханическом измерительном механизме создается противодействующий момент и для какой цели он необходим?

3. В каких значениях переменного напряжения (мгновенных, амплитудных, среднеквадратических или иных) градуируют шкалы вольтметров переменного тока?

4. В чем состоит отличие аналоговых вольтметров электронного типа от электромеханических?

5. Как обеспечивается расширение предела измерения в N раз у амперметров?

6. Как обеспечивается расширение предела измерения в N раз у вольтметров?

7. Как в мультиметрах осуществляется преобразование напряжений переменного тока в напряжение постоянного тока?