Основы теоретической метрологии. Методы и средства измерения линейных размеров и углов. Методы и средства измерения отклонений формы и шероховатости поверхности. Методы и средства неразрушающего контроля, страница 38

Отсюда получим основное уравнение преобразования

 .

Решение этого уравнения представляет собой градуировочную характеристику прибора.

По способу преобразования измерительные механизмы делятся на магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, электростатические и индукционные.

Наиболее распространенными в практике технических измерений являются приборы магнитоэлектрической, электромагнитной, электродинамической системы.

В магнитоэлектрическом преобразователе вращающий момент создается в результате взаимодействия магнитного поля постоянного магнита и магнитного поля проводника с током(обычно в виде катушки или рамки). Конструктивно измерительный механизм прибора может быть выполнен либо с подвижным магнитом, либо с подвижной рамкой. На рис.2 показана конструкция прибора с подвижной рамкой.

Рис 2. Устройство прибора магнитоэлектрической системы

Постоянный магнит 1, магнитопровод с полюсными наконечниками 2 и неподвижный сердечник 3 составляют магнитную систему механизма. В зазоре между полюсными наконечниками и сердечником создается сильное радиальное магнитное поле, в котором находится подвижная прямоугольная рамка 4, на которую намотан тонкий медный или алюминиевый провод на алюминиевом каркасе (или без каркаса). Рамка закреплена между полу-осями 5. Спиральные пружинки б, предназначенные для создания противо-действующего момента, одновременно используются для подачи измеряемого тока в рамку. Рамка жестко соединена со стрелкой 7. Для балансировки подвижной части имеются передвижные грузики 8.

Угол отклонения определяется выражением

,где S -чувствительность измерительного механизма к току, зависящая от параметров измерительного механизма.

 Отсюда следует, что шкала магнитоэлектрического прибора равномерна, а изменение направления тока, протекающего через рамку, ведет к изменению направления угла отклонения стрелки.

 Подвижная система измерительного механизма магнитоэлектрических приборов обладает значительной инерцией, поэтому такие приборы реагируют лишь на постоянную составляющую тока и непригодны для измерения переменного тока или напряжения. Для измерений в цепях переменного тока необходимо предварительно преобразовать переменный ток в постоянный.

 Из группы аналоговыхэ лектромеханических приборов приборы магнитоэлектрической системы относятся к числу наиболее точных и чувствительных. Изменения температуры окружающей среды и внешние магнитные поля мало влияют на их работу. Равномерная шкала, малое потребление энергии также относятся к достоинствам магнитоэлектрических приборов.

 Так как рамка прибора обмотана тонким проводом, это не позволяет пропускать через нее токи, превышающие десятки миллиампер. Превышение указанных значений может привести к повреждению провода рамки или спиральной пружинки. Таким образом, возникает задача расширения пределов измерения магнитоэлектрических амперметров и вольтметров. Расширение пределов измерения амперметров достигается включением шунта параллельно прибору (рис.3).

Рис 3. Расширение пределов измерения амперметра

Сопротивление шунта R _ш должно быть меньше сопротивления рамки прибора R_p и подбирается так, чтобы при измерении основная часть измеряемого тока проходила через шунт, а ток, протекающий через рамку прибора, не превышал допустимого значения. Если необходимо иметь верхний предел измерения амперметра  I , а верхний предел измерения без шунта I_А ,то сопротивление шунта

, где n =I/I_А

 Амперметры для измерения сравнительно небольших токов (до нескольких десятков ампер) имеют внутренние шунты, вмонтированные в корпус прибора. Для измерения больших токов (до нескольких тысяч ампер) применяются наружные шунты. В целях стандартизации наружные шунты выпускаются на различные номинальные падения напряжения (от 45 до 300 мВ) и разных классов точности (от 0,02 до 0,5).

 Для расширения пределов измерения вольтметра последовательно с сопротивлением рамки включается добавочное сопротивление R_д (рис.4),которое ограничивает падение напряжения на рамке прибора до допустимых пределов.