Преобразования физических величин

ЛЕКЦИЯ 5. СРЕДСТВА ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ И

1. МЕРЫ

Меры разделяют на эталоны, образцовые и рабочие. Образцовые меры предназначены для поверки и градуировки рабочих средств измерений. Рабочие меры служат для измерений. По количеству воспроизводимых мер их делят на однозначные, многозначные и наборы мер.

К однозначным мерам относят измерительные катушки сопротивления, катушки индуктивности и взаимной индуктивности, измерительные конденсаторы постоянной емкости, нормальные элементы и стабилизированные источники напряжения. Измерительные катушки сопротивления выполняют на номинальные значения 10^±nОм, где п – целое (от 10^-5 до 10¹⁰) Ом. Класс точности может изменяться в пределах от 0,005 до 0,1. Обмотка катушки выполняется из манганина, имеющего малый температурный коэффициент и высокую стабильность свойств.

Катушка имеет два токовых вывода для включения в цепь и два потенциальных – для измерения сопротивления. При работе в цепи переменного тока необходимо учитывать собственную ёмкость С и индуктивность L Степень реактивности катушки характеризуют постоянной времени

,

где R – сопротивление провода катушки постоянному току.

Измерительные катушки индуктивности и взаимной индуктивности выполняют из проволоки, намотанной на каркас, на номинальные значения от 10^-6 до 1 Гн. Класс точности может иметь значения от 0,05 до 0,5. Верхний предел частоты, на которой можно применять измерительные катушки индуктивности, равен 100 кГц. Катушки взаимной индуктивности имеют две обмотки, размещенные на общем каркасе.

Измерительные конденсаторы выполняют с воздушной и слюдяной изоляцией. В цепях высокого напряжения применяют газонаполненные конденсаторы. Емкость измерительных конденсаторов не превышает 10⁴ пФ. Класс точности ограничен диапазоном от 0,005 до 1.

Нормальные элементы – специальные химические источники электрической энергии, Э.Д.С. которых известна с большей точностью. Например известно, что Э.Д.С. нормального источника при температуре 20⁰ С равна (1,01851,0187) В. Поэтому класс точности нормальных элементов очень высок и лежит в пределах от 0,0002 до 0,02.

Стабилизированные источники напряжения часто применяются в качестве меры напряжения.

К многозначным мерам относят измерительные генераторы, калибраторы напряжения, тока, фазового сдвига, измерительные конденсаторы переменной емкости, вариометры, магазины сопротивлений, емкости и индуктивности. Измерительные генераторы – это источники переменного тока и напряжения, форма которых заранее известна, а частота, амплитуда и другие параметры могут регулироваться и отсчитываться с заданной точностью. Выпускаются генераторы синусоидальных сигналов, генераторы шума, импульсных сигналов и сигналов специальной формы. Диапазон частот генераторов может находиться в пределах от 0,01 до 10¹⁰ Гц. Погрешность установки частоты (0,1 ÷ 3)%.

Калибраторы – это стабилизированные источники напряжения или тока, позволяющие получать на выходе ряд калиброванных (точно известных) значений сигналов. Погрешность установки достигает значений 5∙10^-3 %.

Магазины сопротивлений, емкостей и индуктивностей позволяют устанавливать необходимое значение величины с помощью переключателей.

Магазины сопротивлений воспроизводят величины от 10^-2 до 10¹⁰ Ом. Класс точности от 0,01 до 0,2.

Магазины индуктивностей имеют диапазон старшей декады от 0,001 до 10000 мГн. Число декад от 1 до 5. Класс точности от 0,02 до 1.

Магазины емкостей имеют диапазон от 10^-3 до 10⁹ пФ. Класс точности

от 0,005 до 1.

Масштабным называют измерительный преобразователь, предназначенный для изменения величины в заданное число раз. К ним относят шунты, делители напряжения, измерительные усилители, измерительные трансформаторы.

Шунты применяются для уменьшения силы тока в заданное число раз. Такая задача возникает, когда диапазон показаний амперметра меньше диапазона изменения измеряемого тока.

Шунт – это резистор, включаемый параллельно амперметру (рис.1).

а) б)

Рис. 1 Схема замещения измерительной катушки сопротивления (а)

и схема включения шунта (б)

Если , то ток I₂ в п раз меньше тока I₁.

Здесь R_А – сопротивление амперметра; – коэффициент шунтирования. Шунты могут состоять из нескольких резисторов, или иметь несколько отводов, что позволяет изменять коэффициент шунтирования.

Делители напряжения применяются для уменьшения напряжения в заданное число раз и в зависимости от рода тока, элементы делителя выполняют в виде чисто активного сопротивления, емкостного или индуктивного сопротивления. Для увеличения верхнего предела вольтметра с внутренним сопротивлением R_V, последовательно с ним включают добавочный резистор

R_д, причем: ,

где – измеряемое напряжение; – падение напряжения на вольтметре

Измерительные усилители предназначены для расширения пределов измерения в сторону малых сигналов. По диапазону частот измерительные усилители разделяют на усилители:

– постоянного тока; – низкочастотные (20 Гц 200 кГц); – высокочастотные – до 250 МГц; – селективные (узкополосные).

Электронные измерительные усилители позволяют измерять сигналы

от 0,1 мВ и 0,3 мкА с погрешностью от 0,1 до 1%. При меньших значениях сигналов применяют фотогальванические усилители.

Измерительные трансформаторы переменного тока и напряжения используют для преобразования больших переменных токов и напряжений в относительно малые, допустимые для измерений приборами с малыми пределами измерения (например, 5 А, 100 В). Кроме того, применением трансформаторов повышается безопасность операторов, так как приборы включаются в заземленную цепь низкого напряжения (рис.2). Измерительные трансформаторы разделяют на трансформаторы напряжения и трансформаторы тока.

Рис. 2 Схема включения амперметра, вольтметра и ваттметра

в однофазную цепь через измерительные трансформаторы

Трансформаторы напряжения используют для включения вольтметров, частотомеров, параллельных цепей ваттметров, счетчиков, фазометров и др. приборов. Для правильного включения трансформаторов и измерительных приборов зажимы трансформаторов должны соответствовать обозначениям показанным на рисунке.

В трансформаторах тока и поэтому ток первичной обмотки .

В трансформаторах напряжения и поэтому , а трансформаторы напряжения, как правило, понижающие.

Чтобы определить измеряемые величины, необходимо показания приборов умножить на коэффициенты трансформации и .

Электромеханические преобразователи преобразуют электрическую энергию входного сигнала в механическую энергию перемещения указателя.

Они состоят из подвижной и неподвижной частей и называются измерительными механизмами.

Поворот подвижной части измерительного механизма осуществляется под действием момента, зависящего от измеряемой величины х и от угла поворота подвижной части механизма – . Этот момент называется вращающим и обозначается индексом М и равняется:

При повороте подвижной части на угол изменяются механическая энергия и энергия электромагнитного поля измерительного механизма – , причем . Так как при угловом перемещении , то

.

Чтобы угол поворота α зависел только от измеряемой величины, на подвижную часть должен воздействовать противодействующий момент , также зависящий от угла поворота α, т. е.

При некотором угле поворота наступает равенство моментов, т.е. , или.

По способу создания противодействующего момента различают механизмы с механическим и с электрическим противодействующим моментом. В измерительных механизмах первой группы противодействующий момент создается спиральными пружинами, причём: ,

где W_уд – удельный противодействующий момент пружины.

Кроме создания противодействующего момента упругие элементы используют в качестве токопровода к подвижной части измерительного механизма.

В измерительных механизмах второй группы (логометрических) противодействующий момент создается так же, как и вращающий, но зависит от угла поворота.

Структурная схема измерительного механизма прямого преобразования с двумя звеньями показана на рис. 3

Рис. 3 Структурная схема измерительного механизма

В звене П₁ происходит преобразование сигналов и его преобразовательная функция определяется типом механизма, т.е. может быть не менее шести различных функций звена П₁.

Звено П₂ одинаково для всех механизмов и вращающий момент в нём

преобразуется в угол отклонения подвижной части механизма – α. Передаточная функция П₂ определяется дифференциальным уравнением, описывающим движение подвижной части механизма: ,

где – коэффициент инерции подвижной части, – момент сил инерции, – момент успокоения, Р – коэффициент успокоения.

ЛЕКЦИЯ 6. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕПРИБОРЫ

1.ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ

Электромеханические приборы – достаточно сложные устройства, состоящие из большого числа деталей и функциональных узлов, общими среди которых являются являются:

- электроизмерительная цепь,

- измерительный механизм,

- отсчетное устройство.

Измерительная цепь служит для преобразования измеряемой величины А в электрическую, непосредственно воздействующую на измерительный механизм.

Измерительный механизм преобразует электрическую величину в угол поворота подвижной части.

Отсчетное устройство служит для визуального отсчитывания значений измеряемой величины.

Все электромеханические приборы имеют корпус, крепление подвижной части механизма, успокоитель, корректор, арретир.

Корпус прибора предназначен для защиты измерительного механизма от ряда внешних воздействий.

Крепление подвижной части – это опоры, растяжки или подвес.

Успокоитель исключает колебания указателя относительно положения равновесия. Применяют магнитоиндукционные, жидкостные и воздушные успокоители.

Корректор обеспечивает установку указателя на нулевую отметку шкалы. Представляет собой винт, укрепленный в корпусе прибора.

Арретир – это устройство, затормаживающее подвижную часть прибора.

2. МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ

Магнитоэлектрические приборы применяют для измерения постоянных токов и напряжений (амперметры и вольтметры), сопротивлений (омметры), количества электричества (баллистические гальванометры, кулонметры), малых токов и напряжений (гальванометры), а также для регистрации электрических величин.

Вращающий момент в измерительном механизме возникает в результате взаимодействия магнитного поля постоянного магнита и магнитного поля рамки с током (рис. 1), где N, S - полюса магнита, 1 – неподвижный сердечник, 2 – спиральная пружина, 3 – подвижная рамка с закрепленным на ней указателем.

Рис. 1 Схема магнитоэлектрического измерительного механизма

Рамка представляет собой дюралюминиевый каркас, на который наматывается намагничивающая катушка из медного провода. Ток к подвижной рамке (катушке) подводится через две спиральные пружины. При протекании тока I через витки катушки, возникает вращающий момент.: , где

W_эм = ψ∙I; - потокосцепление; В – магнитная индукция в воздушном зазоре измерительного механизма; S_р - площадь подвижной рамки.

Если ток, протекающий через рамку, синусоидальный – , то и вра-

щающий момент становится синусоидальным:

При некотором угле поворота подвижной части механизма – α наступает равенство мо

ментов: М = −М_пр = W_уд∙α, откуда получим:

Если В – const, то угол α пропорционален току I, а шкала магнитоэлектрического

измерительного прибора равномерная.

Для логометрических измерительных механизмов подвижную часть изготавливают в виде двух жестко скрепленных рамок и чтобы обеспечить линейность шкалы, зазор между неподвижным сердечником и постоянным магнитом выполняют неравномерным, добиваясь , где I₁, I₂ – токи рамок.

Успокоитель подвижной части механизма – магнитоиндукционный. Успокоение достигается за счет взаимодействия токов, наводимых в дюралюминиевом каркасе подвижной рамки с полем постоянного магнита. Достоинства магнитоэлектрических измерительных механизмов: высокая чувствительность, линейная шкала, малое потребление энергии, отсутствие влияния внешних электрических и магнитных полей.

Недостаток: возможность применения только в цепях постоянного тока.

Магнитоэлектрические амперметры позволяют выполнять измерения как малых токов – от 10^-7 А так и достаточно больших – до 10³ А. При изменении малых токов – до 30 мА, измерительный механизм амперметра включается в разрыв цепи непосредственно. Для измерения больших токов применяют шунты.

Магнитоэлектрические вольтметры позволяют выполнять измерения в диапазоне от 0,5·10^-3 до 3·10³ В. Для расширения диапазона измерений, последовательно с измерительным механизмом включают добавочный резистор, или несколько резисторов. Класс точности добавочных резисторов должен быть не ниже 0,10,5.

На основе магнитоэлектрического измерительного механизма выпускают омметры с двумя схемами включения измерительного механизма и измеряемого сопротивления – последовательная и параллельная (рис.2).

Рис. 2 Схемы омметров с последовательным (а) и параллельным (б)

включением измерительного механизма

Все омметры имеют неравномерную шкалу, т.к.

,

,

где – чувствительность магнитоэлектрического измерительного механизма.

Последовательное включение измерительного механизма применяют для измерения больших сопротивлений, а параллельное – для измерения малых. Диапазоны измерений омметров имеют пределы от 10 Ом до 1000 МОм. Класс точности 11,5.

3. ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЕ И ФЕРРОДИНАМИЧЕСКИЕ

ПРИБОРЫ

Эти приборы применяют для измерения постоянных и переменных токов и напряжений, мощности в цепях постоянного и переменного тока, частоты и угла фазового сдвига. Работа электродинамического измерительного механизма (рис.3) основана на взаимодействии магнитных полей двух катушек с токами: неподвижной – 1 и подвижной – 2.

Рис.3 Схема электродинамического измерительного механизма

При протекании в обмотках катушек токов I₁ и I₂ возникают электромагнитные силы, стремящиеся так повернуть подвижную часть механизма, чтобы магнитные потоки катушек совпадали.Энергия магнитного поля двух катушек определяется выражением:

, где

– индуктивности катушек, – взаимная индуктивность катушек.

В этом выражении только взаимная индуктивность М₁₂ зависит от угла поворота подвижной части измерительного механизма и поэтому получим:

.

Если токи I₁ и I₂ переменные, т.е. , , то измерительный механизм реагирует на среднее значение вращающего момента

,

где I₁, I₂ – действующие значения токов, – угол сдвига фаз между токами в катушках.

Если противодействующий момент создается упругими элементами, то М = - М_пр и можно записать , откуда

Для постоянных токов

Таким образом, электродинамические механизмы дают одинаковые показания на постоянном и переменном токе. Это позволяет с большой точностью градуировать шкалу на постоянном токе. Показания стабильны во времени.

Механизмы ферродинамической системы отличаются от электродинамических тем, что неподвижная катушка имеет магнитопровод из магнитомягкого материала. В результате магнитный поток, а значит, и вращающий момент, существенно возрастают. Это позволяет уменьшить МДС (F =и потребляемую мощность.

В электродинамических и ферродинамических амперметрах для токов до 0,5 А катушки измерительного механизма соединяются последовательно. Поэтому I₁ = I₂, cosψ = 1, а

Для измерения больших токов катушки механизма включают параллельно.

Электродинамический вольтметр состоит из измерительного механизма и добавочного резистора, причем катушки механизма и резистор включены последовательно и поэтому ,

где Z – полное сопротивление цепи вольтметра.

Для расширения пределов измерений добавочный резистор может быть многосекционным.

Для измерения мощности неподвижные катушки электродинамического (ферродинамического) механизма включают последовательно с объектом, потребляемая мощность которого измеряется.(рис.4)

Рис.4 Схема включения ваттметра с компенсацией угловой погрешности

Подвижная катушка с добавочным резистором включается параллельно объ

екту измерения.

В цепях переменного тока возникает погрешность за счет сдвига фаз между токами катушек – . Для компенсации этой погрешности в цепь катушки можно включать конденсатор С (рис.4). Однако, такой способ эффективен только для частоты, значение

которой определяется реактивным сопротивлением конденсатора.

Возможны две схемы включения параллельной цепи ваттметра (рис.5).

Рис.5 Схемы включения параллельной цепи ваттметра: (а)-до последовательной

цепи; (б) – после последовательной цепи.

Схема рис.5, а используется,как правило, при измерении мощности высокоомной нагрузки, а схема на рис. 5, б – низкоомной.

Промышленность выпускает многопредельные ваттметры с пределами по току от 20 мА до 70 А и по напряжению от 15 до 600 В. Классы точности 0,1; 0,2; 0,5.

Ферродинамические ваттметры имеют класс точности 1,52,5.

4. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПРИБОРЫ

Электромагнитные приборы применяются для измерения постоянных и переменных токов и напряжений, частоты и фазового сдвига между переменными током и напряжением.

Измерительный механизм с плоской катушкой (рис.6) состоит из катушки 1 с обмоткой из медного провода, имеющей воздушный зазор; сердечника 2 из ферромагнитного материала (пермалоя); оси с опорами 3 (или растяжки). Противодействующий момент создается спиральной пружиной или растяжками. Успокоение магнитоиндукционное или жидкостное.

Рис. 6 Схема электромеханического итзмерительного механизма

При протекании тока I через катушку в ней возникает магнитное поле. Оно воздействует на сердечник 2, то есть стремится расположить его так, чтобы энергия магнитного поля была наибольшей. Известно, что максимальное значение энергии магнитного определяется выражением

,

где L – индуктивность катушки.

При перемещении сердечника меняется индуктивность катушки L выражение для вращающего момента М принимает вид:

.

Если через катушку протекает переменный ток , то подвижная часть, в силу ее инерционности, реагирует только на среднее значение вращающего момента.

При статическом равновесии измерительного механизма наступает равенство вращающего и противодействующего моментов . Подставляя в это равенство вместо моментов М и М_пр их значения, получаем: , откуда

Таким образом, шкала электромагнитного измерительного прибора неравномерная. Выбором формы сердечника удается приблизить её к равномерной, начиная с 1520% конечного значения.

Достоинства механизмов: пригодность к работе в цепях постоянного и переменного тока, устойчивость к токовым перегрузкам, простота конструкции, повышенная чувствительность у механизма с замкнутым магнитопроводом.

Недостатки: неравномерная шкала, влияние внешних магнитных полей, большое потребление мощности. При использовании в цепях постоянного тока возникает погрешность от гистерезиса намагничивания сердечника.

Промышленность выпускает переносные амперметры и вольтметры с классом точности 0,5. Верхний предел измерения амперметров может изменяться от 0,5 мА до 10 А, а вольтметров – от 1,5 до 600 В. Приборы применяются в цепях постоянного и переменного тока рассчитаны на частоты от 45 до 10000 Гц.

Класс точности однопредельных щитовых электромагнитных приборов 1,0; 1,5; 2,5.

5. ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

Электростатические приборы применяются для измерения напряжения

постоянного и переменного тока. Вращающий момент в электростатических механизмах возникает в результате взаимодействия двух систем заряженных проводников, одна из которых подвижна. Источником вращающего момента является электрическое поле. (рис.7).

Рис. 7 Схема электростатического измерительного механизма

Неподвижная часть 1 состоит из одной или нескольких камер. Камеры образованы двумя соединенными пластинами, образующими воздушный зазор. В этот зазор входит подвижный электрод 2. Он укреплен на оси 3 вместе с указателем 4. Под действием приложенного к электродам 1 и 2 напряжения U создается электрическое поле. Силы поля стремятся повернуть подвижную часть механизма так, чтобы энергия электрического поля была наибольшей. Успокоители подвижной части механизма – воздушные или магнитоиндукционные.

Вращающий момент при постоянном напряжении определяется выражением:

.

Если напряжение переменное – , то подвижная часть механизма, в силу своей инерционности, реагирует на среднее за период значение вращающего момента ,

где U – действующее значение переменного напряжения

Следовательно, выражение для угла поворота имеет вид

.Зависимость между углом отклонения подвижной части механизма и измеряемой величиной не линейная и поэтому электродам придают такую форму, при которой зависимость обеспечивает линейность шкалы, начиная от 15%.

Вращающий момент электростатического механизма мал. Это не позволяет сделать на его базе вольтметр для измерения напряжений меньше 10 В.

Достоинства электростатических измерительных механизмов: на электростатические вольтметры почти не влияет температура, частота и форма напряжения, внешние магнитные поля; потребляемая мощность мала, а в цепи постоянного тока при установившемся режиме, равна нулю.

Отечественная промышленность выпускает переносные и щитовые однопредельные и многопредельные электростатические вольтметры классов точности 0,5; 1,0; 1,5 на напряжения от 10 В до 300 кВ, на частоты до 10 МГц. Для расширения диапазона электростатических вольтметров на переменном токе включаются добавочные конденсаторы С_Д или емкостные делители напряжения.

6. ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ С ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ

В качестве преобразователей переменного тока в постоянный применяют выпрямители и термоэлектрические преобразователи, а также преобразователи на электронных элементах (транзисторах, микросхемах и т.п.). В соответствии с этим, различают выпрямительные, термоэлектрические и электронные приборы.

Наиболее широкое распространение получили выпрямительные и термоэлектрические приборы.

Выпрямительные приборы представляют комбинацию выпрямителя, магнитоэлектрического измерительного механизма и отсчетного устройства. В выпрямителях применяют полупроводниковые диоды. Сопротивление полупроводникового диода зависит от полярности приложенного напряжения. При положительной полярности оно мало, а при отрицательной резко возрастает. Поэтому, диод пропускает ток только в одном направлении. Схемы соединения диодов с измерительным механизмом разделяют на две группы: однополупериодные и двухполупериодные. Схема амперметра с однополупериодным выпрямителем приведена на рис. 8, а с двухполупериодным – на рис.9

Рис. 8 Схема (а) и графики (б,в) амперметра с однополупериодным выпрямителеи

.

Рис. 9 Схема (а) и графики (б,в) амперметра с двухполупериодным

выпрямителем

В схеме на рис 8 измерительный механизм включен последовательно с диодом VD₁. Если на вход схемы поступает синусоидальный ток, то через измерительный механизм проходят полуволны положительной полярности i_п. Полуволны отрицательной полярности проходят через диод VD₂ и резистор R. Значение R равно сопротивлению измерительного механизма. Благодаря этому сопротивление прибора одинаково для любого направления тока.

На рис. 9 четыре диода образуют плечи мостовой симметричной цепи, в диагональ которой включен измерительный механизм. Диоды включены так, что ток через измерительный механизм проходит в течение двух полупериодов в одном направлении. Среднее значение выпрямленного тока в мостовой схеме в два раза больше, чем в схеме рис.8

Мгновенное значение вращающего момента измерительного механизма, при протекании через него пульсирующего тока определяется выражением:

.

Из-за инерционности подвижной части её отклонение определяется средним значением вращающего момента. Если ток , то для схемы с однополупериодным выпрямителем: , где

– среднее значение выпрямленного тока, Т – период

. При двухполупериодном выпрямлении:

Угол поворота подвижной части при однополупериодном выпрямлении равен

, а при двухполупериодном -

При измерениях в цепях переменного тока интересуются действующим значением тока (напряжения). Так как отношение действующего тока I к среднему значению I₀ равно , то получим: , где К_ф – коэффициент формы.

Диоды – нелинейные элементы. Прямая ветвь их вольтамперной характеристики изменяется по экспоненциальному закону. Поэтому шкала у выпрямительного прибора несколько сжата, в пределах её длины.

На рис.10 а,б приведены схемы выпрямительных вольтметров и амперметров соответственно.

Рис. 10. Схемы выпрямительных вольтметра (а) и амперметра (б)

Сопротивление диодов зависит от температуры и с её ростом уменьшается. В результате возникает температурная погрешность. Также диоды имеют междуэлектродную емкость, приводzoe. к появлению ошибки с ростом частоты.

В вольтметрах (рис.10., а) уменьшение эквивалентного сопротивления схемы с ростом температуры компенсируется увеличением сопротивления добавочного резистора, частично выполненного из меди. Компенсация частотной погрешности достигается включением емкости С. С увеличением частоты ток в схеме возрастает и компенсирует уменьшение выпрямленного тока в измерительном механизме.

В выпрямительных миллиамперметрах, (рис.10., б) почти весь ток протекает через выпрямительную цепь. Шунтирующая цепь используется для температурной и частотной компенсации.

Достоинства: высокая чувствительность, малое потребление мощности, широкий частотный диапазон (до 10-20 кГц). Наименьшие пределы измерения переменных токов 0,250,3 мА, напряжений 0,250,3 В.

Недостатки: невысокая точность (класс точности 1,02,5), зависимость показаний от формы измеряемой величины.

Промышленностью выпускаются многопредельные ампервольтметры, показывающие и самопишущие, выпрямительные фазометры, самопишущие частотомеры, использующие магнитоэлектрический измерительный механизм.

7. АМПЕРМЕТРЫ И ВОЛЬТМЕТРЫ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ

СИСТЕМЫ

Эти приборы представляют собой сочетание магнитоэлектрического измерительного механизма и термоэлектрического преобразователя. На рис.11 приведена схема термоэлектрического амперметра, где 1 – термопара, 2 – нагреватель.

Рис. 11 Схема термоэлектрического амперметра

Температура нагревателя определяется силой тока, протекающего через него. С увеличением температуры нагревателя на выходе термопары 1 возникает термо - ЭДС, а в цепи измерительного механизма ток I_И.

Термо-ЭДС термопреобразователя пропорциональна количеству теплоты выделяемой нагревателем. Количество теплоты пропорционально квадрату действующего тока . Ток в цепи измерительного механизма , где Е – термо – ЭДС, R_п – сопротивление цепи катушки измерительного механизма. Теплота, выделяемая током в нагревателе, не зависит от частоты в широких пределах. Поэтому, термоэлектрические приборы применяются как на постоянном токе, так и в области радиочастот.

Для расширения пределов измерений термоэлектрических амперметров в сторону малых токов (150-300 мА) применяют вакуумные термопреобразователи. В них нагреватель и термопара помещаются в стеклянную колбу, в которой создано разрежение.

В термоэлектрических микроамперметрах используют вакуумные термопреобразователи с усилителями постоянного тока. Расширение диапазона измерений до 1 А достигается разделением общего интервала на несколько диапазонов с выделением отдельных термопреобразователей на каждый диапазон. Дальнейшее расширение диапазона измерения достигается применением высокочастотных измерительных трансформаторов тока. В термоэлектрических вольтметрах расширение диапазона измерений достигается включением добавочных резисторов последовательно с нагревателем.

Достоинства приборов: достаточно высокая точность измерений в широком диапазоне частот; независимость показаний от формы сигнала.