Слюдяные конденсаторы изготовляются с емкостью от сотых долей микрофарада до нескольких микрофарад. Электродами служит алю­ миниевая фольга, а в некоторых случаях — тонкие слои серебра, нане­ сенного на слюду.

Слюдяные конденсаторы достаточно компактны, их емкость стабиль­ на во времени. По сравнению с воздушными слюдяные конденсаторы отличаются большими значениями tg б.

Для плавного изменения емкости служат конденсаторы переменной емкости, которые могут применяться в сочетании с магазинами.

Стандартом предусмотрен выпуск магазинов емкости классов точ­ ности от 0,005 до 1. При этом допускаемая основная погрешность мага­ зина емкости связана с его классом точности выражением

где б — относительная погрешность емкости, установленной на магази­ не; К — численное обозначение класса точности; т — число декад мага­

Перспективным направлением развития образцовых средств изме­ рений является создание цифроуправляемых магазинов сопротивления, индуктивности и емкости. Эти средства, называемые программируемыми, применяются в цифровых измерительных приборах и системах.

Основные характеристики и названия мер важнейших электрических величин приведены в табл. 2.2.

Глава т р е т ь я

НАДЕЖНОСТЬ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИИ

3.1.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О НАДЕЖНОСТИ. ТЕРМИНЫ

ИОПРЕДЕЛЕНИЯ

Современный уровень развития электроизмерительной техники ха­ рактеризуется возросшей сложностью средств измерений и широкими пределами изменения влияющих величии. Повысился уровень требова­ ний к качеству работы средств измерений в связи с ответственностью н важностью задач, решаемых с их помощью. С появлением измеритель­ ных информационных систем средства измерений стали частью слож­ нейшего и дорогостоящего оборудования, используемого для автомати­ зации производства и научных исследований.

Эффективность использования средств измерений зависит в значи­ тельной мере от их надежности, т. е. способности нормально функцио* нировать в течение всего периода эксплуатации.

Промышленность несет большие потери из-за недостаточной надеж­ ности технических средств (элементов, приборов, устройств) вообще и средств измерений в частности. Затраты на их ремонт и техническое об­ служивание, связанные с преждевременным выходом из строя, могут значительно превысить их стоимость. Отказы технических средств могут провести к весьма серьезным авариям. В связи с этим обеспечение тре­ буемого уровня надежности технических средств стало в последние го­ ды центральной проблемой при их разработке и производстве.

В приборостроении, как и в других отраслях промышленности, на­ метился системный подход к обеспечению надежности средств измере­ ний, на основе которого разрабатывается программа надежности на всех этапах создания изделия (средства измерений или его элемента) и его практического использования.

Основные термины теории надежности технических средств, в том чпсле средств измерений, установлены ГОСТ 13377-75.

Надежностью называют свойство изделия выполнять заданные

функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатацион­ ных показателей в заданных пределах, соответствующих заданным ре­ жимам и условиям использования, технического обслуживания, ремон­ тов, хранения и транспортирования. Надежность проявляется в таких свойствах изделия, как безотказность, ремонтопригодность, сохраняе­ мость и долговечность.

Безотказность — свойство изделия непрерывно сохранять работоспо­

собность в течение некоторого времени. Свойство изделий сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при соблю­ дении требований, содержащихся в нормативно-технической документа­ ции на изделие, называется долговечностью. Предельное состояние со­ ответствует такому техническому состоянию изделия, при котором его дальнейшая эксплуатация должна быть прекращена из-за неустранимо­ го нарушения требований безопасности или ухода заданных параметров за установленные пределы. Признаки предельного состояния указаны в документации на изделие.

Ремонтопригодность — свойство изделия, заключающееся в приспо­

собленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения его отказов, повреждений и устранению их последствий путем прове­ дения ремонтов и технического обслуживания.

Сохраняемостью называется свойство изделия непрерывно сохранять

исправное и работоспособное состояние в течение и после хранения и транспортирования.

Исправным состоянием (исправностью) изделия называется такое его состояние, при котором оно соответствует всем требованиям, уста­ новленным нормативно-технической документацией. Если изделие не соответствует хотя бы одному из этих требований, то оно находится в неисправном состоянии.

Если изделие находится в состоянии, при котором оио способно выполнять заданные функции, сохраняя значения всех заданных пара­ метров в пределах, установленных в нормативно-технической докумен­ тации, оно находится в работоспособном состоянии.

Понятие исправности шире понятия работоспособности. Неисправ­ ное изделие может быть работоспособным и неработоспособным. Все зависит от того, какому требованию не удовлетворяет данное изделие. Так, незначительный скол на корпусе из пресс-порошка, погнутое шасси, нарушение лакокрасочного покрытия кожуха, частичное повреждение изоляции при сохранении изделием заданных параметров в установлен­ ных пределах не нарушают работоспособности устройства, хотя делают изделие неисправным. Исправное изделие всегда работоспособно.

Важными понятиями в теории надежности и практике эксплуата­ ции технических изделий являются повреждение и отказ.

Повреждением называется событие, заключающееся в нарушении

исправности изделия или его составных частей из-за выхода значений влияющих величин за пределы, установленные в нормативно-техниче­ ской документации.

Отказ — это событие, заключающееся в нарушении работоспособ­

ности изделия. Повреждение может быть существенным и несуществен­ ным. При несущественном повреждении работоспособность изделия со­ храняется.

Применительно к отказу и повреждению рассматривают критерий, причину, признаки появления, характер и последствия.

Работоспособное состояние изделия определяется множеством за­ данных параметров и допусками на них. Критерием отказа являются признаки выхода хотя бы одного заданного параметра за установлен­ ные пределы. Критерии отказа указаны в нормативно-технической до­

кументации.

Причинами отказов могут быть просчеты, допущенные при конст­ руировании, дефекты производства, нарушения правил и норм эксплуа­ тации, повреждения, а также естественные процессы изнашивания и ста­

рения.

Признаками отказа или повреждения являются непосредственные или косвенные воздействия на органы чувств наблюдателя явлений, ха­

регрев отдельных блоков прибора сопровождается характерным запахом сгоревшей изоляции, зашкаливание приборов и т. д.). Характер отказа или повреждения определяет конкретные изменения, которые произошли

визделии.

Кпоследствиям отказа или повреждения относятся явления и собы­ тия, возникшие после отказа или повреждения и в связи с ним (корот­ кое замыкание цепи питания, механическое разрушение отдельных узлов

3) интенсивность отказов %(t) -— вероятность отказов невосстанавливаемого изделия в единицу времени после момента времени t при ус­

ловии, что до этого момента отказ не возник. Определение этого пока­ зателя основывается на понятии плотности вероятности отказа f(t) в момент времени t, которая выражается как предел отношения верояткости отказа на интервале времени от t до Н -Д / к интервалу At при

Д/-И).

Из определения интенсивности отказов получаем формулу для ана­

На практике интенсивность отказов часто определяется в процессе испытаний изделий на надежность. Например, при испытании N изделий за время t интенсивность отказов в момент t определяется статистиче­

ским путем по формуле

отказов к моменту t; At — интервал времени; N(t) ~- число изделий, ис­ правных к моменту времени t.

Величина K(t) измеряется в единицах частоты и выражается числом

отказов в час [1/ч];

4) параметр потока отказов Q(i). Эксплуатация восстанавливаемых

изделий происходит следующим образом. В начальный момент времени изделие начинает работу и работает до отказа. При отказе происходит восстановление изделия, и оно работает до следующего отказа и т. д. При этом время восстановления не учитывается. Моменты отказов фор­ мируют поток, называемый потоком отказов. В качестве характеристики потока отказов используют функцию данного потока отказов — матема­

5)средняя наработка до отказа /0 соответствует математическому

ожиданию наработки изделия до первого отказа. Этот показатель отно­ сится к невосстанавливаемым изделиям;

6)средняя наработка на отказ t определяется как отношение нара­

ботки восстанавливаемого изделия к математическому ожиданию числа

его отказов в течение этой наработки.

Основным показателем долговечности изделий служит у%-ный ре- сурс. Так называют наработку, в течение которой изделие не достигает предельного состояния с заданной вероятностью у. Например, ресурс 1000 ч при у — 90 % означает, что после 1000 ч наработки неработоспо­

собными окажутся 10 % и работоспособными 90 % испытуемых при­ боров.

Техническим ресурсом изделия называется его наработка от начала эксплуатации до наступления предельного состояния, а сроком службы —

календарная продолжительность эксплуатации от ее начала до наступ­ ления предельного состояния.

Сохраняемость изделий характеризуется у%-ным сроком сохраняе­ мости tс. Под сроком сохраняемости понимают календарную продол­

жительность хранения или транспортирования изделия в заданных ус­ ловиях, в течение и после которой сохраняются значения заданных по­ казателей в установленных пределах.

При ремонтопригодности нормируются вероятность восстановления работоспособности изделия за заданное время F(ta) и среднее время

восстановления работоспособности t„.

При нормировании и выборе совокупности показателей безотказно­

Определение числовых значений показателей надежности ведется по утвержденным методикам для конкретных видов средств измерений с указанием принятых допущений.

Невосстанавлнваемые изделия, выпускаемые большими сериями, ха­ рактеризуются, как правило, внезапными отказами.

Закон распределения времени безотказной работы для таких изде­ лий может быть принят экспоненциальным, что упрощает определение показателей надежности. Обычно исходным показателем для таких из­ делий выбирается интенсивность отказов Я(/) ss>const=A; вероятность безотказной работы P(t) (по внезапным отказам) за заданное время t

работки, во время которой после начала работы всех элементов прояв­ ляются наиболее грубые скрытые производственные дефекты, приводя­ щие к внезапным отказам некоторых элементов. Их называют отказами периода приработки.

Период in—to, соответствующий наименьшому и практически по­

стоянному значению интенсивности отказов, называют периодом нор­ мальной эксплуатации элементов. В этот период эксплуатации внезап­ ные отказы возникают вследствие несовершенства конструкции, произ­ водственных дефектов и эксплуатационных перегрузок.

Третий участок соответствует периоду / > / с увеличения МО, когда начинают проявляться последствия процесса старения и износа материа­ лов и элементов, количество внезапных отказов увеличивается. Этот пе­ риод называют периодом старения. Он предшествует предельному состоя­ нию элементов.

Кроме внезапных отказов, когда изделие полностью выходит из строя и требует замены неравным, существуют отказы, выражающиеся в том, что изделие работает, но значения отдельных нормируемых характе­ ристик не соответствуют требованиям технических условий.

Такого рода отказы, вызванные фактором времени, воздействием на изделие влияющих величин или другими причинами, называют посте­ пенными или параметрическими. Часто они носят скрытый характер и могут быть обнаружены только при периодическом контроле, или в про­ цессе проверки. Для средств измерений эти отказы наиболее характерны.

Показатели надежности по постепенным отказам до настоящего времени не стандартизованы. Основным показателем надежности при­ нято в таких случаях считать вероятность безотказной работы по посто­ янным отказам Pn(t). Это вероятность того, что за время t основная по-

грешность прибора не выйдет за пределы установленного допуска ±Л . При этом принимаются два допущения: систематическая погрешность отсутствует или устраняется введением поправки, а случайная погреш­ ность ряда однотипных приборов подчиняется нормальному закону со

где taim — эквивалентная интенсивность отказов, определяемая по ре­ зультатам испытаний аналогичных изделий в условиях, близких к экс­ плуатационным, или путем расчета по статистическим данным об отка­ зах, полученных при эксплуатации изделий данного вида.

3.3. ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ

Большинство средств измерений в перечне нормируемых характе­ ристик имеет показатели надежности. Для их подтверждения пользу­ ются одним из способов: аналитическим (расчетным), эксперименталь­ ным (по результатам испытаний) и смешанным (экспериментально-ана­ литическим). Для аналитического метода получения этих показателей разрабатывается математическая модель надежности, которая должна учитывать структуру средства измерений, характер и закон распределе­ ния отказов, показатели надежности его элементов, влияние внешних факторов с учетом условий эксплуатации и др. Расчеты ведутся с по­ мощью ЭВМ.

Следует заметить, что аналитические методы оценки надежности, далее самые совершенные, учитывающие функции изменения во време­ ни параметров элементов, характеризуются низкой достоверностью и не­ достаточной точностью. Это объясняется рядом обстоятельств: анали­ тическая зависимость нормируемых характеристик средства измерений от параметров элементов достаточно сложна, использование приближен­ ных математических моделей основывается на ряде допущений, не всег­ да оправданных (например, допущение о том, что все отказы иолные и независимые, что функции выходных параметров не связаны между собой и т. п.); отсутствие реальных данных о постепенных отказах эле­ ментов и узлов в различных условиях эксплуатации.

Уровень разработки математических методов расчета надежности средств измерений и недостаточная полнота справочных данных о ха­ рактеристиках надежности комплектующих деталей и узлов вызвали по­ явление методов прогнозирования надежности, основанных на сравне­ нии проектируемого изделия с другими однотипными, надежность кото­ рых известна. Эти методы могут дать достаточно точные результаты, если сравнивать изделия, аналогичные по конструкции и технологии изготовления.

Наиболее достоверным источником информации о надежности средств измерений остаются пока результаты испытаний. В связи с этим экспериментальные методы оценки и контроля показателей надежности составляют один из основных разделов теории надежности. Эти мето­ ды включают в себя организацию и проведение специальных испытаний на надежность, сбор и обработку данных о надежности изделия в ус­ ловиях эксплуатации.

Порядок организации, проведения и обработки результатов испыта­ ний содержится в нормативно-технических и методических документах по вопросам испытании па надежность различных средств измерений. К таким документам относятся прежде всего ГОСТ 13216-74 «ГСП. На­ дежность. Общие технические требования», ГОСТ 20699-75 «ГСП. На­ дежность. Методы контрольных испытаний», ОСТ 25.615-76 «ГСП. На­ дежность. Методы определительных испытаний», а также ряд стандар­ тов СЭВ, разработанных с учетом указанных документов и современных требований к средствам измерений.

Объектом исследования в испытаниях на надежность, как правило, является партия образцов некоторого изделия, выпущенных в течение определенного интервала времени при стабильном технологическом про­ цессе. Испытаниям подвергают лишь часть образцов (выборку), входя­ щих в партию. Результаты испытаний распространяются на всю партию.

Сбор и обработка данных о надежности изделий в условиях экс­ плуатации дают информацию о достигнутом уровне надежности изделий. Средства измерений используются массовым потребителем, причем на местах эксплуатации обычно имеются специальные органы, которые ве­ дают их поверкой н -ремонтом. Это создает благоприятные условия для сбора обширных данных об отказах средств измерений на .местах экс­ плуатации.

На основе такой информации можно создать автоматизированную систему управления надежностью, в рамках которой обработка, анализ собранной информации и выдача управляющих воздействий будут осу­ ществляться с помощью ЭВМ,

Иногда в целях быстрейшего накопления статистических данных при лабораторных испытаниях устанавливают более тяжелые, форсиро­ ванные условия и режимы работы по сравнению с эксплуатационными* Такие испытания называются ускоренными. Например, увеличивая диа»

пазон рабочих температур изделия и относительную влажность окру­ жающего воздуха, можно повысить интенсивность отказов при испыта­ нии изделий и сократить время испытаний. Однако при этом нарушает­ ся естественный механизм отказов, поэтому следует очень осторожно относиться к результатам ускоренных испытаний. Проведение ускорен­ ных испытаний допустимо только в тех случаях, когда узаконены ре­ жим испытаний и зависимости между показателями надежности в нор­ мальных и ускоренных режимах.

3.4. ОБЕСПЕЧЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ И ПУТИ ЕЕ ПОВЫШЕНИЯ

Проблема обеспечения надежности связана со всеми этапами соз­ дания изделия и всем периодам его практического использования.

Надежность средств измерений закладывается в процессе разработ­ ки и обеспечивается в процессе его изготовления путем правильного вы­ бора технологии изготовления, контроля качества исходных материалов и комплектующих элементов, контроля режимов и условий изготов­ ления.

Надежность сохраняется применением правильных способов хране­ ния изделий и поддержанием правильной их эксплуатации, плановым профилактическим обслуживанием, периодическим контролем парамет­ ров и ремонтом.

При проектировании средств измерений должны быть учтены сле­ дующие требования надежности:

1. Введение в структуру дополнительных узлов и элементов сверх минимально необходимых для выполнения заданных функции. Этот ме­ тод получил название резервирования. Подключение резервных блоков вместо основных может производиться специальными автоматическими устройствами, если аппаратура работает без постоянного обслужива­ ния, или вручную, если обслуживается оператором.

Резервирование увеличивает габаритные размеры, массу, потребле­ ние мощности, поэтому прежде всего следует проверить возможность упрощения схемы, сокращения числа элементов, облегчения режимов их работы и замены наименее надежных элементов более надежными.

2. Высокое качество применяемых деталей и узлов. Разработка сложных изделий показала, что при использовании унифицированных элементов резко повышается надежность системы. Это связано с тем, что унифицированные элементы лучше отработаны в схемном и конст­ руктивном отношениях и имеют установившуюся технологию изготов­ ления. Установлено, что для приборов, в которых свыше 80 % схемных решений выполнено на базе интегральных микросхем при соответствую­ щей технологии изготовления, значение t приближается к значению тех­

нического ресурса. В настоящее время в приборостроении применяется

блочно-модульный принцип конструирования, обеспечивающий требуе­ мый уровень стандартизации и унификации, а также унифицированные типовые конструктивы (УТК), на основе которых осуществляется кон­ струирование системных средств ЭИТ как приборов, так и ИИС, ведутся работы по машинному проектированию средств измерений.

3.Режимы элементов и изделий должны соответствовать их физи­ ческим возможностям. Важно, чтобы установленная для элементов средняя наработка до отказа была намного больше заданного ресурса изделия. Схемные и конструктивные решения должны оцениваться по их возможному нежелательному влиянию на режимы работы элементов изделия.

4.Доступность всех частей изделия и его элементов для осмотра, контроля, ремонта и замены. Для сложных изделий находят применение устройства автоматического контроля исправности изделия.

При производстве изделий должен соблюдаться ряд условий, свя­ занных с поддержанием технологической дисциплины и контролем за соблюдением технологического процесса.

При эксплуатации средств имерений существуют свои факторы, влияющие на надежность:

а) воздействие климатических и механических факторов должно строго контролироваться с учетом указаний, имеющихся в технической документации на средство измерений;

б) уход за аппаратурой, периодический осмотр и контроль, прове­ дение своевременной профилактики позволяют продлитьсрок службы изделия, предотвратить отказы.

Современные сложные изделия для глубокого изучения требуют значительного времени практической работы, в течение которого выра­ батываются необходимые навыки по обслуживанию. Исследование при­ чин .отказов различного типа изделий позволяет сделать следующие вы­ воды: половина общего количества отказов происходит от ошибок на стадии проектирования, около 20 % отказов составляют ошибки, допу­ щенные при производстве, 30 % — от неправильной эксплуатации и лишь незначительная часть — от естественного износа п старения.

Проблема повышения надежности изделий имеет и экономическую сторону, так как для повышения надежности требуются дополнительные затраты, поэтому необходимо добиваться получения заданного уровня надежности при минимальной суммарной стоимости проектирования, производства и эксплуатации средств измерений.

Глава ч е т в е р т а я

ОБЩИЕ ВОПРОСЫ КОНСТРУКЦИИ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ

4.1. СТРУКТУРА И ОБЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ КОНСТРУКЦИИ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ

К электромеханическим относят приборы, в которых электромагнитная энергия, подведенная к прибору непо­ средственно из измеряемой цепи, преобразуется в механи­ ческую энергию углового перемещения подвижной части от­ носительно неподвижной.

Наиболее распространенные в практике измерений элек­ тромеханические приборы предназначены для измерения всех основных электрических величин (напряжения, тока, мощности, сопротивления, электрической энергии и др.) в электрических цепях.

Электромеханические показывающие приборы обычно выполняются по методу прямого преобразования и состоят из измерительной цепи (преобразователя) ИЦ, измеритель­ ного механизма ИМ и отсчетного устройства ОУ. Струк­

турная схема такого электромеханического прибора показа­ на на рис. 4.1.

Измерительная цепь прибора является преобразовате­ лем измеряемой величины X в некоторую промежуточную

электрическую величину У, функционально связанную с ве­ личиной X. Величина У непосредственно воздействует на

измерительный механизм. Измерительная цепь состоит из соединений различных элементов — резисторов, конденсато­ ров, катушек индуктивности, выпрямителей, термопар и т. д.

Включение в измерительную цепь прибора делителя или шунта позволяет осуществить количественное преобразова­ ние, а включение выпрямительного, термоэлектрического, электронного преобразователя—качественное преобразова­ ние (например, переменного тока в постоянный). Различ­ ные измерительные цепи позволяют использовать один и

тот же измерительный механизм при измерениях разнород­ ных величин или величин, меняющихся в широких преде­ лах.

Измерительный механизм, являясь основной частью прибора, преобразует величину У в механическое переме­ щение а (обычно угловое)

а = f(Y) = F(X).

По способу преобразования электромагнитной энергии, подводимой к прибору, в механическую энергию перемеще­ ния подвижной части электромеханические приборы разде­ ляются на следующие основные группы: магнитоэлектриче­ ские, электромагнитные, электродинамические, электроста­ тические, индукционные, термоэлектрические. В зависимости от конструктивных особенностей измерительного меха­ низма внутри некоторых групп выделяют подгруппы, на­ пример магнитоэлектрические приборы делят на приборы с подвижной рамкой и с подвижным магнитом.

Приборы электромеханической группы являются шкаль­ ными, т. е. приборами с отсчетным устройством в виде шка­ лы и указателя (стрелочного или светового). Исключение составляют счетчики электрической энергии, которые явля­ ются, по сути, цифровыми, поскольку их отсчетное устрой­ ство представляет выходной сигнал в цифровой форме. Отдельным видом аналоговых приборов электромеханичес­ кой группы являются самопишущие приборы, в которых предусмотрена запись выходного сигнала в виде диа­ граммы.

Основные технические характеристики электроизмери­ тельных приборов электромеханической группы нормирует ГОСТ 22.261-82. Стандарт устанавливает допустимые зна­ чения основной погрешности для приборов различных клас­ сов точности и изменений показаний приборов при откло­ нениях условий эксплуатации от нормальных.

Наиболее важными внешними факторами, влияющими на работу измерительных приборов электромеханической группы, можно считать температуру окружающей среды и внешнее магнитное поле.

Уменьшение влияния изменения температуры на пока­ зания приборов достигается обычно схемными способами. В дальнейшем при рассмотрении различных групп прибо­ ров будут приведены схемы температурной компенсации. Для защиты от влияния внешнего магнитного поля изме­ рительные механизмы приборов экранируют или выполняют

астатическими. В последнее время чаще применяют экрани­ рование как дешевый и достаточно надежный способ защи­ ты. Сущность его состоит в том, что измерительный меха­ низм помещают в ферромагнитный корпус (экран), по ко­ торому замыкаются линии внешнего магнитного поля.

Несмотря на большое разнообразие конструкций и ти­ пов механизмов электроизмерительных приборов, все они имеют ряд общих деталей, различающихся между собой только конструктивно в зависимости от системы прибора, его назначения и условий эксплуатации. Такими деталями являются: корпус прибора, отсчетное устройство, устройст­ во для установки и уравновешивания подвижной части и создания противодействующего момента, успокоитель, кор­ ректор и в приборах высокой чувствительности— арретир.

Корпус прибора должен защищать измерительный ме­ ханизм от попадания в него пыли и влаги и от внешних механических воздействий. У специальных приборов в за­ висимости от назначения и условий работы корпус должен предохранять механизм от попадания воды и газов, обеспе­ чивать вибро- и ударопрочность.

Отсчетное устройство состоит из шкалы и указателя, жестко связанного с подвижной частью измерительного механизма. Таким образом, угловое перемещение подвиж­ ной части под действием измеряемой электрической вели­ чины приводит к перемещению указателя относительно шкалы. Установка подвижной части может быть выполнена различными способами: на кернах и подпятниках, на рас­ тяжках и на подвесе. Для того чтобы обеспечить однознач­ ную связь между углом поворота подвижной части и значе­ нием измеряемой величины, необходимо создать противо­ действующий момент, пропорциональный углу поворота подвижной части.

У большинства приборов с креплением механизма под­ вижной части на кернах и подпятниках противодействую­ щий момент создается при помощи спиральной пружины путем ее закручивания. Для приборов с установкой под­ вижной части на растяжках или подвесе противодействую­ щий момент создается закручиванием растяжки или нити подвеса при повороте подвижной части.

Характер приближения подвижной части к установив­ шемуся положению определяет быстродействие прибора, поэтому во всех электромеханических приборах предусмот­ рены устройства для создания успокаивающего момента.

Корректор — это устройство, позволяющее устанавли-

вать стоелку прибора на нуль шкалы, если она по какимлибо причинам с него сместилась.

Некоторые приборы высокой чувствительности снабжа­ ются арретиром — устройством* позволяющим неподвижно закрепить подвижную часть при переноске или транспорти­ ровке прибора.

Конструкции и особенности работы всех перечисленных устройств будут рассмотрены ниже.

АЛ. ВРАЩАЮЩИЙ И ПРОТИВОДЕЙСТВУЮЩИЙ МОМЕНТЫ

В измерительном механизме электрическая энергия пре­ образуется в механическую энергию перемещения подвиж­ ной части. У большинства измерительных механизмов под­ вижная часть имеет одну степень свободы, т. е. может поворачиваться вокруг неподвижной оси на угол а или со­

вершать линейное перемещение. Так как в большинстве приборов входные величины создают механические силы, вызывающие угловое перемещение подвижной части, в дальнейшем будут рассматриваться не силы, действующие на подвижную часть, а моменты этих сил.

Момент, возникающий в приборе под действием изме­ ряемой величины и поворачивающий подвижную часть в сторону возрастающих показаний, называется вращающим моментом МВр. Вращающий момент должен однозначно оп­ ределяться измеряемой величиной X и в общем случае мо­

жет зависеть от угла поворота подвижной части, т. е.

MnJ>= F (X t a).

При повороте подвижной части на некоторый угол da совершается работа dA, равная изменению электромагнит­

ной энергии измерительного механизма,

Таким образом, вращающий момент определяется ско­ ростью изменения энергии электромагнитного поля №эм, со­ средоточенной в механизме, по угловому перемещению а

подвижной части. Данное обобщенное выражение момента используют для приборов всех систем, в которых действу­ ют силы электромагнитного поля. В дальнейшем отношение Х4.2) будет конкретизировано для каждой системы.

Если бы повороту подвижной части ничто не препятст­

вовало, то она при любом значении измеряемой величины, отличной от нуля, повернулась бы до упора. Для того что­ бы угол отклонения а зависел от измеряемой величины, в приборе при повороте подвижной части создается противо­ действующий момент Мпр, направленный навстречу вращаю­ щему моменту и зависящий от угла поворота. Противодей­

с помощью упругих элементов — пружины, растяжки или подвеса, которые при повороте подвижной части закручива­ ются. При этом механический противодействующий момент Мир прямо пропорционален углу поворота а

удельным противодействующим моментом; его значение за­ висит от свойств упругого элемента.

Во втором случае для создания противодействующего момента к механизму подводят дополнительное электриче­ ское воздействие. Приборы с электрическим противодейст­ вующим моментом называются логометрами.

При установившемся положении указателя вращаю­

Зная аналитическое выражение для моментов, из (4.4) можно найти зависимость угла поворота подвижной части от измеряемой величины и параметров прибора, что в об­ щем виде можно представить соотношением

где В — параметры прибора.

Выражение (4.4) является основным уравнением, харак­ теризующим свойства приборов, его можно использовать для графического построения шкалы прибора. Для этого строят зависимости вращающих моментов от угла отклоне­ ния а. Поскольку вращающий момент помимо угла откло­ нения зависит еще от измеряемой величины X, нужно ис­

пользовать ее как параметр. Для различных механизмов в зависимости от физических законов, положенных в основу их принципа действия, отношение (4.2) выражается раз­ лично. В простейшем случае вращающий момент не зависит от угла отклонения и является линейной функцией только

МПр Рис. 4.2. Графическое определе-

/ние моментов

логичные графики будут выражаться кривыми линиями. Такое построение показано на рис. 4.2. Зависимости вра­ щающего момента МВр(Х() от угла отклонения здесь нане­

ки пересечения прямой с кривыми вращающего момента представляют собой точки, в которых оба момента уравно­ вешивают друг друга. Перпендикуляры из этих точек, опу­ щенные на ось абсцисс, показывают значение а/, при кото­ ром наступает равенство моментов.

В процессе установления подвижной части, т. е. в дина­ мическом режиме, кроме рассмотренных статических мо­ ментов — вращающего и противодействующего — оказыва­ ются существенными еще два момента. Они обусловлены инерционностью подвижной части прибора, сопротивлением окружающей среды, в которой происходит движение подвижной части, и вихревыми токами, возникающими при наличии в приборе металлических масс и магнитных полей.

Момент, возникающий в приборе при движении подвиж­ ной части и стремящийся успокоить это движение, называ­ ется моментом успокоения Му. Этот момент пропорциона­ лен угловой скорости движения подвижной части da/dt

где Р — коэффициент пропорциональности, называемый ко­

эффициентом успокоения.

Момент успокоения в значительной степени определяет важный эксплуатационный параметр прибора «■» время ус­ покоения.

нижней опорой 6, которая служит только как направляю­

щая. При измерении подвижная часть прибора должна ви­ сеть свободно на подвесе. Эти элементы очень чувстви­ тельны к механическим нагрузкам, которые неизбежны при транспортировке прибора, поэтому приборы снабжают ар­ ретиром, освобождающим подвижную часть перед проведе­ нием измерений.

Устройство для создания противодействующего момента. Для создания противодействующего момента в аналоговых измерительных приборах на кернах преимущественно при­ меняют спиральные пружины (ГОСТ 9233-79). Внутренний конец спиральной пружины прикрепляют к подвижной час­ ти, а наружный — к неподвижной части прибора. Таким образом, измерительный механизм, поворачивающийся под действием вращающего момента, закручивает пружину до тех пор, пока вращающий момент не станет равным проти­ водействующему. Иногда применяют не одну, а две пружи­ ны, устанавливая их с разных сторон подвижной части из­ мерительного механизма. В этом случае пружины исполь­ зуются также для подвода тока в подвижную часть прибора.

Вприборах с креплением подвижной части на растяж­ ках й1Подвесе последние, работая на кручение, одновремен­ но едужат для создания противодействующего момента.

Вреальных приборах одна из растяжек, так же как и внешний конец одной из спиральных противодействующих пружин, прикрепляется не к неподвижной части прибора, а

кспециальному винту, укрепленному на корпусе прибора и называемому корректором. Поворот корректора на некото­ рый угол в ту или иную сторону позволяет изменять на­ чальное положение подвижной части прибора и тем самым устанавливать указатель выключенного прибора на нуле­ вую отметку.

Успокоитель. Этот элемент измерительного механизма создает момент успокоения и обеспечивает быстродействие прибора. Подвижная часть измерительного прибора пред­ ставляет собой подвижную массу с одной степенью свобо­ ды. Вследствие этого подвижная часть при изменении свое­ го положения приходит в состояние покоя после некоторого числа вынужденных колебаний. Это нежелательно, так как время успокоения может оказаться слишком большим. Кроме того, внезапные изменения измеряемой величины могут создавать слишком большие ускорения подвижной части, что в некоторых случаях может привести к выходу

В последнее время стали применять жидкостные ка­ пельные успокоители. Жидкостный успокоитель (рис. 4.4, в)

состоит из двух дисков. Диск 7 укрепляется на подвижной части прибора, а диск 8 — на неподвижной части на удале­

нии 0,10—0,15 мм от первого. Зазор между дисками запол­ няется специальной маловысыхающей кремиийоргаиической жидкостью 9. Жидкость в зазоре удерживается по­

верхностным натяжением. Для предотвращения вытекания жидкости из зазора поверхности дисков, соприкасающиеся с жидкостью, тщательно полируются. Момент успокоения возникает из-за трения между слоями жидкости при отно­ сительном перемещении дисков.

Жидкостный успокоитель применяется главным образом в приборах, подвижная часть которых укреплена на рас­ тяжках. Растяжка 10 проходит через небольшое отверстие, сделанное в диске 8.

Отсчетное устройство предназначено для отсчитываиия значений измеряемой величины. Отсчетное устройство элек­ тромеханических приборов имеет шкалу, нанесенную на циферблат прибора. Шкала представляет собой совокуп­ ность отметок и чисел отсчета. Требования к циферблатам и шкалам регламентируются ГОСТ 5365-73.

Отметки наносятся на шкалу в виде короткой верти­ кальной черты, точки, зубца и т. п. Промежуток между двумя соседними точками или отметками шкалы называет­ ся делением шкалы. Шкалы могут быть равномерными ’(деления постоянной длины) и неравномерными (деления непостоянной длины). На рис. 4.5 приведено изображение неравномерной шкалы.

Измерительные приборы могут быть выполнены с не­ сколькими шкалами. На циферблат прибора наносятся условные обозначения, по которым можно установить прин­ цип действия прибора, возможные предельные погрешности прибора и др. Виды условных обозначений установлены ГОСТ 23217-78. Примеры некоторых условных обозначений на шкалах электроизмерительных приборов приведены в табл. 4.1.

Отсчет значения измеряемой величины по шкале прибо­ ра производится с помощью указателя. Различают два вида указателей: указатель, представляющий собой стрелку, ко-

нец которой выполнен в форме, обеспечивающей отсчет по­ казаний с необходимой точностью, и световой указатель в виде луча света, образующего на шкале световое пятно с индексом, по которому производят отсчет показаний (опти­ ческое отсчетное устройство).

Стрелки должны быть по возможности легкими, но вме­ сте с тем и прочными. Они должны обеспечить точный от­ счет и, кроме того, грубую оценку показания на некотором расстоянии от прибора. Из большого числа форм стрелок в последние годы нашли широкое применение приведенные на рис. 4.6 — клиновидные, ножевые, стержневые и игло­ видные.

Для уменьшения погрешности отсчета от параллакса, возникающего из-за того, что угол зрения оператора отно­ сительно плоскости шкалы отличается от прямого, приме­ няют специальные приспособления. Наибольшее распрост­ ранение получили отсчетные устройства с зеркальной шка­ лой (рис. 4.7). На циферблате 1 под шкалой устанавливает­ ся на всю длины шкалы узкая полоска зеркала 2. Перед

проведением отсчета оператор находит такое положение го­ ловы, при котором отражение стрелки в зеркале совпадает с самой стрелкой 3. Только после этого, т. е. после устра­

нения параллакса, производится отсчет по шкале прибора. В приборах со световым указателем на подвижной час­ ти измерительного механизма вместо стрелки прикреплено небольшое, обычно круглое зеркальце. Луч света, создава­ емый обычной миниатюрной лампочкой накаливания, с по­ мощью простейшей оптики, отражаясь от зеркальца, попа­ дает на узкую полоску матового стекла, расположенного

симости от типа сопротивление 1,2—400 кОм. При увеличе: нии измеряемой величины рамка 7 вместе с зеркальцем 6

поворачиваются, отклоняя световой сектор, край которого совпадает с риской светового указателя. Когда риска про­ ходит установленное значение, заданное положением фото­ резистора относительно шкалы 8, фоторезистор перестает

быть освещенным и его сопротивление изменяется пример­ но в 7—8 раз. Это изменение сопротивления используется в специальных схемах, для сигнализации, управления, пере­ ключения шкал.

В связи с появлением электронных и цифровых средств электроизмерительной техники, а также группы аналогоцифровых приборов без подвижных частей на новых физи­ ческих принципах доля аналоговых измерительных прибо­

информативность отсчетных устройств и отсутствие источ­ ника питания—позволяют аналоговым измерительным при­ борам прочно удерживать завоеванные позиции. Основное направление развития аналоговых измерительных приборов в настоящее время и в перспективе — дальнейшее конст­ руктивно-техническое совершенствование существующих систем приборов, повышение их надежности и технологич­ ности, максимальная унификация измерительных механиз­ мов, деталей и узлов, повышение устойчивости к механиче­ ским воздействиям и эстетическое совершенствование. Предполагается переход к приборам без механически пе­ ремещающихся частей на основе современной технологии с применением оптоэлектроники, схем на БИС и люмине­ сцентных отсчетных устройств. Первые результаты таких работ уже имеются.

Глава п я т а я

ПРИБОРЫ МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ с и с т е м ы

5.1. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И УСТРОЙСТВО ПРИБОРОВ МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

Приборы магнитоэлектрической системы^работают по принципу вза­ имодействия магнитного поля постоянного магнита с рамкой (катуш­ кой), по которой протекает измеряемый ток. В результате этого взаимо*

Разновидностью измерительного механизма с подвижной рамкой является механизм с внутрирайонным магнитом (рис. 5.2). Магнитная система такого механизма состоит из постоянного магнита /, полюсных наконечников 2 и магнитопровода 3. Преимуществом такой конструкции

является лучшее использование магнитной энергии магнита, что позво­ ляет создавать миниатюрные приборы.

Существуют магнитоэлектрические механизмы, у которых подвиж­ ной частью является постоянный магнит, вращающийся вокруг непо­ движной катушки. Однако приборы с такими механизмами применяют­ ся редко. Недостатками их являются сравнительно слабое собственное магнитное поле и, следовательно, низкая чувствительность, а также низ­ кая точность. Их достоинства — более простая конструкция, меньшие габаритные размеры и более высокая устойчивость к перегрузкам.

При протекании по обмотке рамки тока на рамку действует пара сил, создающая вращающий момент Мпр. Согласно (4.2) — энергия

где То — изменение потокосцепления обмотки рамки при повороте ее на

Под действием вращающего момента подвижная часть механизма поворачивается вокруг оси, закручивая спиральные пружины. Создаю­

где Si — чувствительность механизма к току — постоянная для данного

прибора величина.

Из уравнения преобразования следует, что отклонение подвижной части линейно растет с увеличением тока /, т. е. шкала равномерна.

Магнитоэлектрические приборы пригодны для измерений только на постоянном токе. Изменение направления тока в рамке приводит к из­

менению направления вращающего момента и отклонению стрелки в обратную сторону. При включении прибора в цепь переменного тока с весьма низкой частотой стрелка непрерывно колеблется около нуля шкалы с этой частотой. При большей частоте подвижная часть вслед­ ствие своей инерционности не успевает следовать за изменениями тока и стрелка остается в нулевом положении. Таким образом, отклонение стрелки определяется постоянной составляющей тока.

Успокоение подвижной части создается за счет вихревых токов, возникающих в короткозамкнутом контуре алюминиевого каркаса рам­ ки при его перемещении в магнитном поле. Это — каркасное магнито­ индукционное успокоение. Успокоение можно осуществить и за счет то­ ков, возникающих в обмоткр рамки от наведенной там при перемеще­ нии рамки электродвижущей силы (обмоточное магнитоиндукционное успокоение, которое используют в механизмах высокой чувствительно­ сти— гальванометрах). Рамки в таких механизмах изготовляют бескар­ касными.

Достоинства приборов рассмотренной системы следующие: высокая чувствительность и малое собственное потребление мощности (прибор обладает сильным собственным магнитным полем, поэтому даже при малых токах создается достаточный вращающий момент); большая точ­

изготовления и связанная с этим повышенная стоимость; пригодность для измерения только на постоянном токе; плохая перегрузочная спо­ собность.

Магнитоэлектрические приборы находят широкое применение в ка­ честве амперметров и вольтметров постоянного тока с пределами изме­ рений от долей микроампера до сотен ампер и от долей вольта до сотен вольт, а также как омметры и указатели равновесия — гальванометры в цепях постоянного тока. В сочетании с различного рода преобразова­ телями переменного тока в постоянный они используются для измере­ ний в цепях переменного тока. В электронных измерительных устрой­ ствах, которые применяются для измерения различных физических ве­ личин, магнитоэлектрические механизмы находят применение в качестве выходного показывающего прибора.

5.2. МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ АМПЕРМЕТРЫ

В простейшем приборе для измерения тока, построенном на магни­ тоэлектрическом механизме, весь измеряемый ток I протекает по обмот­

ке рамки (рис. 5.3,а). По такой схеме выполняют приборы для изме-

рения малых токов: микро- и миллиамперметры на номинальный ток 30—50 мА (ток ограничен допустимым нагревом токоподводов). Изме­ нение температуры окружающей среды относительно мало влияет на показания этих приборов, так как при любом сопротивлении обмотки прибор показывает значение тока, протекающего по ней.

Для измерения больших токов применяют преобразователь тока в напряжение— шунт. Он представляет собой четырехзажимный резис­ тор. Два входных зажима, к которым подводится измеряемый ток /, называются токовыми, а два выходных зажима, с которых снимается напряжение U, называются потенциальными. К потенциальным зажимам присоединяют измерительный механизм ИМ прибора (рис. 5.3,6).

Шунт характеризуется номинальным значением входного тока /ном н номинальным значением выходного напряжения Umм. Их отношение

определяет номинальное сопротивление шунта

— Uпом//пом•

При наличии шунта ток / п, протекающий через измерительный ме­ ханизм, связан с измеряемым током I зависимостью

Дш “Ь Дп

где Ди — сопротивление измерительного механизма.

Если необходимо, чтобы ток 1и был в п раз меньше тока I, то соп­

ротивление шунта должно быть

Параметр п = / / / и называют коэффициентом шунтирования.

Шунты к миллиамперметрам изготовляют из манганиновой или Кон­

стантиновой проволоки. Шунты на большие токи обычно изготовляются

Для измерения больших токов используют приборы с наружными шун­ тами. В этом случае мощность, рассеиваемая шунтом, не нагревает прибор.

Показания амперметров с шунтами в большей степени, чем показа­ ния простейших амперметров, зависят от температуры окружающей сре-

ды Так как обмотка рамки измерительного механизма выполнена из медного или алюминиевого провода, то при изменении температуры, на­ пример, на 10 °С ее сопротивление Ra изменится примерно на 4 %. При этом сопротивление манганинового шунта Rm остается практически не­

изменным. В результате наступает перераспределение токов между из­ мерительным механизмом и шунтом, что является причиной температур­

пературной компенсации /?т.н (или терморезистор с отрицательным тем­ пературным коэффициентом сопротивления) (рис. 5.3,в). Такой способ уменьшения температурной погрешности применяют в приборах клас­ сов точности 2,5; 1,5 и 1,0. При расчете прибора с температурной ком­ пенсацией под сопротивлением Rn в расчетных формулах следует по­

если Я,.„ велико по сравнению с /?«. При этом чувствительность сни­ жается, а собственное потребление мощности увеличивается. Поэтому в приборах высокого класса точности (0,2; 0,1; 0,05) применяют более сложные схемы температурной компенсации.

В многопредельных приборах применяют ряд переключаемых шун­ тов, рассчитанных на различные значения предельного тока. На рис. 5.4 показаны схемы многопредельных шунтов. Многопредельный шунт со­ стоит из нескольких резисторов, которые можно переключать в зависи­ мости от предела измерения рычажным переключателем (рис. 5.4, а) или

путем переноса провода с одного зажима на другой (рис. 5.4,6). Если заранее не известно, в каком диапазоне изменяется измеряемый ток, то перед подключением многопредельного прибора к исследуемой цепи сле­ дует устанавливать наибольший верхний предел измерения.

Серийные шунты выпускаются для токов не более 5000 А. Для из­ мерения токов свыше 5000 А допустимо параллельное соединение шунтов.

низма измеряемое напряжение должно быть преобразовано в пропор­ циональный ему ток. Для этого последовательно с измерительным меха­

манганиновой проволоки, намотанной на пластины или каркасы из изо­ ляционного материала.

При применении добавочных резисторов не только расширяются пре­ делы вольтметров, но и уменьшается их температурная погрешность. Объясняется это тем, что температурная погрешность вольтметра зави­ сит от отношения сопротивлений Яи и Яд. Поскольку сопротивление до­

бавочного резистора во много раз больше, чем сопротивление измери­ тельного механизма, температурная погрешность вольтметра с добавочным резистором снижается.

Для получения достаточно высокой точности измерений в широком диапазоне напряжений вольтметр должен иметь несколько пределов из­ мерений, обеспечиваемых набором добавочных резисторов с соответст­ вующими сопротивлениями (рис. 5.6). Добавочные резисторы применя­ ются для преобразования напряжений до 30 кВ.

5.4. МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГАЛЬВАНОМЕТР

Гальванометр — высокочувствительный электроизмерительный при­ бор, предназначенный фиксировать отсутствие тока или напряжения в исследуемой цепи, т. е. выполнять функции нулевого индикатора — не-

На подвижную часть гальванометра при ее движении кроме вра­ щающего и противодействующего моментов действует также момент успокоения, значение которого согласно (4.7) определяется соотноше­ нием

Коэффициент успокоения Р зависит от типа успокоителя.

В гальванометрах используется магнитоиидукциоииое успокоение рамки. Сущность его заключается в том, что при движении рамки в магнитном поле в ее витках наводится ЭДС

Взаимодействие тока i с магнитным потоком создает момент успо­

коения

Му = [ ' 1Г0/(«г+«вш )]‘'а/Л ’

отсюда

замкнута рамка. Следовательно, изменяя внешнее сопротивление, мож­ но изменять момент успокоения рамки.

Рассмотрим случай, когда подвижная часть после начального от­ клонения а п возвращается в исходное состояние. Предположим, что

^сопротивление внешней цепи очень большое (Яши-»-00)- В этом случае ток от наведенной в рамке ЭДС i— Q (5.12) и тормозящее действие от­

сутствует. Подвижная часть в этом случае совершает свободные неза­ тухающие колебания (рис. 5.8) с амплитудой а н и периодом Го— = 2 я ] /гJIW, где / — момент инерции подвижной части.

С уменьшением сопротивления Явш увеличивается ток в рамке и начинает проявляться его тормозящее действие. Вследствие этого дви­ жение рамки замедляется. В этом случае колебания затухают с перио­ дом Г >Т 0 (рис. 5.9, кривая /) .

Если сопротивление Яши очень мало, ток i и момент успокоения при­

обретают наибольшее значение. Подвижная часть при этом медленно, без колебаний подходит к исходному положению (кривая 2). Такой ре­

жим называется апериодическим.

Граничный режим, когда движение рамки из периодического пере-

Чувствительность зеркальных гальванометров зависит от расстояния

между зеркальцем подвижной части гальванометра и шкалой и изме­ ряется соответственно в мм/(А-м) и мм/(В*м).

В паспортных данных гальванометров приводится величина, обрат­ ная чувствительности. Для переносных гальванометров — цена деления, например: 1 д ел = 1 0 -в А; для зеркальных гальванометров — постоян­ ная, например: Сх==10“9 А*м/мм.

Наиболее чувствительные современные зеркальные гальванометры

имеют постоянную до 10- и А-м/мм, у переносных гальванометров по­ стоянная составляет примерно 10~8— 10~9 А/дел.

Баллистический гальванометр. Гальванометры, предназначенные для измерения количества электричества в кратковременных импульсах то­

ка, называются баллистическими.

Основное условие баллистического режима состоит п том, что дли­ тельность импульса тока т должна быть гораздо меньше периода соб­ ственных колебаний подвижной части гальванометра, т. е. т<СГо.

момента, под действием которого подвижная часть отклоняется от ну­ левого положения на некоторый угол. Затем рамка под действием про­ тиводействующего момента возвращается в исходное положение. Если выполняется условие т<^Г0, то отклонение указателя а т (баллистиче­ ский отброс) пропорционально количеству электричества Q, прошед­

шего через рамку за время т,

•с

Баллистическая чувствительность S Q = a m/Q или цена деления (бал­ листическая постоянная) CQ=\/SQ зависит от сопротивления внешней

цепи /?вш, на которую замкнут гальванометр. Поэтому перед примене­ нием гальванометра необходимо определить опытным путем его балли­ стическую постоянную при том сопротивлении цепи, при котором галь­ ванометр будет работать.

Вибрационный гальванометр. Вибрационный гальванометр исполь­ зуется в качестве нулевого индикатора в цепях переменного тока в диа­ пазоне частот 30— 100 Гц. Наибольшее распространение получили маг­ нитоэлектрические вибрационные гальванометры с подвижным магнитом (рис. 5.11). Подвижная часть гальванометра состоит из маленького постоянного магнита 5 и зеркальца 3, укрепленных на растяжках. По-

Рис. 5.11. Устройство вибрационного гальванометра

движный магнит расположен между полюсами электромагнита 2, об­ мотка 1 которого включена в цепь тока. Перпендикулярно полюсам элек­ тромагнита расположен магнитопровод 6 с вспомогательным постоян­

ным магнитом 7, создающим вместе с растяжками противодействующий момент. При отсутствии тока в катушке подвижный магнит устанавли­ вается вдоль магнитного поля вспомогательного магнита, а отраженный от зеркальца луч дает на шкале 4 узкую световую полосу. При проте­

кании по катушке переменного тока подвижный магнит стремится уста­ новиться вдоль результирующего магнитного поля, т. е. колеблется с амплитудой, зависящей от значения тока. При этом отраженный от зер­ кальца луч света дает на шкале световую полосу, ширина которой про­ порциональна значению тока.

При равенстве частот тока и колебаний подвижной части (режим резонанса) вибрационный гальванометр имеет наибольшую чувстви­ тельность. Настройка на резонанс осуществляется ручкой 8. При этом

изменяется положение магнита 7 и, следовательно, частота собственных колебаний, зависящая от противодействующего момента.

Отклонение частоты переменного тока от частоты настройки галь­ ванометра вызывает изменение его чувствительности.

5.5. МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЛОГОМЕТР

Логометры —: это приборы, отклонение подвижной части которых пропорционально отношению двух электрических величин.

Особенность логометров состоит в том, что противодействующий момент в них создается не механическим, а электрическим путем, По-

движная часть логометра выполняется в виде двух жестко скрепленных под не­

водятся с помощью безмоментных токоподводов. Направления токов в обмотках выбираются так, чтобы моменты Mi и М2, действующие на рамки, были направлены навстречу друг другу. Один из моментов мож­ но рассматривать как вращающий, а другой — как противодействую­

щий. Хотя бы один из моментов должен зависеть от угла поворота, сле­ довательно, какой-либо параметр конструкции должен быть функцией угла поворота а. Технически наиболее просто сделать зависящей от угла поворота индукцию В. Для этого магнитное поле в воздушном за­

зоре должно быть неравномерным, а это достигается неравномерностью зазора.

где T i и Ч'2 — потокосцепления рамок.

При равновесии моменты равны и противоположно направлены

Из (5.22) видно, что отклонение подвижной части логометра зави­ сит от отношения токов в его обмотках. Как будет показано дальше, эта особенность логометра позволяет использовать его для измерения сопротивлений, частоты и ряда неэлектрических величин.

5.6. УЗКОПРОФИЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

Особое место среди электромеханических приборов занимают ана­ логовые сигнализирующие контактные приборы (АСК), позволяющие существенно усовершенствовать контроль и управление различными обь-

SS