2. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Читать в pdf

Амперметры, вольтметры, ваттметры и варметры относятся к приборам прямого действия.

Прибором прямого действия называется измерительный при­бор, в котором предусмотрено одно или несколько преобразова­ний сигнала измерительной информации в одном направлении, т.е. без применения обратной связи (рис. 1).

Рис. 1

Входной сигнал X последовательно через преобразователи П₁, П₂, …, П_n преобразуется в выходной сигнал Y, удобный для наблюдения, регистрации или запоминания.

Электроизмерительные приборы прямого действия являются преобразователями электромагнитной энергии, связанной с изме­ряемой величиной, в работу, позволяющую осуществить отсчет значений измеряемой величины.

По способу преобразования энергии все электроизмерительные приборы прямого действия можно разделить на три группы:

1. электромеханические;
2. электротепловые;
3. электронно-лучевые.

В области электрических измерений наибольшее распространение получили электромеханические измерительные приборы.

Устройство электромеханических приборов можно представить в виде следующей структурной схемы (рис. 2):

Рис. 2

В измерительной цепи (ИЦ) измеряемая величина X преобра­зуется в промежуточную электрическую величину Y (ток или на­пряжение), которая непосредственно воздействует на измери­тельный механизм. Измерительная цепь может представлять со­бой простейший преобразователь, например, преобразующий на­пряжение U в силу тока I. Иногда в состав ИЦ электромеханиче­ских приборов могут входить более сложные преобразователи, например такие, как выпрямительные, термоэлектрические или электронные.

В измерительном механизме (ИМ) электромагнитная энергия преобразуется в механическую энергию перемещения его под­вижной части, например, в поворот относительно неподвижной оси на угол α. В электромеханических приборах для перемеще­ния его подвижной части используются электромагнитные или электростатические процессы. В зависимости от того, какое фи­зическое явление используется для преобразования подведенной электромагнитной энергии в механическую энергию перемеще­ния подвижной части, электромеханические приборы делятся на шесть групп, перечисленных в табл. 1.

Группы электромеханических приборов

Отсчетное устройство (ОУ) в электромеханических приборах прямого действия состоит из указателя и шкалы. Оно преобразует угловое перемещение α подвижной части ИМ в перемещение указателя ОУ, которое выражается в делениях или миллиметрах шкалы.

Согласно ГОСТ 30012.1-93 показывающий прибор прямого действия — это прибор, в котором отсчетное устройство механи­чески соединено с измерительным механизмом и непосредствен­но приводится им в действие.

Технические, щитовые приборы имеют обычную (незеркальную) шкалу и в качестве указателя копьевидную или клиновид­ную стрелку (рис. 3).

Рис. 3

Переносные приборы класса точности 0,5 и более точные для устранения погрешности от параллакса снабжаются ножевидной стрелкой и зеркальной шкалой (рис. 4).

Рис.4

В приборах повышенной чувствительности находят применение оптические отсчетные приспособления, в которых создается проекционное изображение отсчетного индекса на шкале или эк­ране прибора (рис. 5).

Рис. 5

По ГОСТ 30012.1-93 шкала — это совокупность отметок и чисел, по которым, используя указатель, определяют значение измеряемой величины.

где d — одно из чисел 1; 2; 5;

m — одно из чисел -2; -1; 0; 1; 2;

[Q] — единица измеряемой величины, например, для амперметров - мА; А; кА и т.п.

Таким образом, для амперметра, единицей измеряемой величи­ны которого является ампер (А), могут быть установлены сле­дующие интервалы между соседними отметками его шкалы:

при m = -2    I = 0,01; 0,02; 0,05 А;

при m = -1    I = 0,1; 0,2; 0,5 А ;

при m = 0     I = 1; 2; 5 А;

при m = 1     I = 10; 20; 50 А;

при m = 2     I = 100; 200; 500 А.

Согласно ГОСТ 30012.1-93 диапазон измерений прибора дол­жен быть четко обозначен на его шкале.

Если прибор имеет только одну шкалу, то диапазон обозначается с помощью небольшой точки (рис. 6).

Рис. 6

Если прибор имеет более одной шкалы, то диапазоны обозначаются либо с помощью небольших точек, либо утолщением дуг шкал (рис. 7).

Рис. 7

Если значение делений шкалы или характер отметок шкалы по­зволяют однозначно обозначить диапазон измерений прибора, то его можно не маркировать.

В измерительных механизмах противодействующий момент создается одним из двух способов: электрическим; механическим.

При электрическом способе противодействующий момент создается так же, как и вращающий, за счет взаимодействия магнит­ного поля с током, протекающим в рамке, укрепленной на оси. Если на той же оси укрепить вторую рамку и пропустить через нее другой ток, то возникнет второй вращающий момент. Если второй вращающий момент будет направлен противоположно первому, то он и будет являться противодействующим. Такие измерительные механизмы называются логометрическими. В амперметрах, вольтметрах, ваттметрах и варметрах логометрические ИМ не используются.

При механическом способе противодействующий момент создается с помощью спиральных пружин, растяжек или подвесов. Общим для них свойством является пропорциональная зависимость противодействующего момента М_пр от угла поворота α подвижной части ИМ:

где W — коэффициент пропорциональности, называемый удельным противодействующим моментом.

Решив совместно уравнения (2) и (3), получим уравнение преобразования измерительного механизма: