Лекція 4. Електро механічні прилади

Дата: 2025-05-25; Просмотры: 6

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Скачать

План

1.

2.

3.

4.

4.1. Загальні відомості і класифікація аналогових електровимірювальних приладів

4.2. Вибір електровимірювального аналогового приладу

4.3. Умовні позначення, які наносять на аналоговий електровимірювальний прилад

4.4. Електровимірювальні аналогові прилади магнітоелектричної системи, які використовуються в радіоелектронній апаратурі

4.5. Захист електровимірювальних приладів від короткочасних перевантажень

4.6. Шунти

4.7. Додаткові резистори

1.

2.

3.

4.

4.1. Загальні відомості і класифікаціяаналогових електровимірювальних приладів

У процесі розробки, виробництва і експлуатації засобів вимірювальної техніки (ЗВТ) та її окремих елементів необхідно вимірювати ряд електричних величин за допомогою різних електровимірювальних приладів. Електровимірювальні прилади також застосовують у радіовимірювальній і радіоелектронній апаратурі як вимірювачі вихідних параметрів електронних приладів, режимів їхньої роботи і індикаторів різного призначення.

Найбільш розповсюдженими видами електричних вимірювань являються вимірювання струму і напруги. Для цього застосовують прилади різних типів, які задовольняють умови і вимоги конкретної вимірювальної задачі.

Технічні показники електровимірювальних приладів і їхня класифікація, а також умовні позначки, що наносяться на шкалах і панелях приладів, стандартизовані і визначаються відповідною технічною документацією [1, 12].

Електровимірювальні прилади відповідно до методів вимірювання поділяються на прилади безпосередньої оцінки і прилади порівняння, що за системою відліку показів поділяють на прилади з безпосередньо безупинним відліком (наприклад, стрілочні прилади) і прилади з дискретним відліком (цифрові). Прилади безпосередньої оцінки застосовують частіше, тому що вони більш прості, вимагають небагато часу для вимірювання і дешевші.

У стрілочних вимірювальних приладах відбувається перетворення електромагнітної енергії, яка підводиться до приладу, у механічну енергію переміщення рухомої частини приладу. За способом цього перетворення, а також за конструктивними особливостями прилади поділяють на магнітоелектричні, електромагнітні, електродинамічні, феродинамічні, електростатичні та ін.

За перетвореннями, які здійснюються приладами в їхній схемі перед безпосереднім вимірюванням, вони поділяються на випрямні (детекторні), термоелектричні та ін. Умовне позначення системи, а також інші характеристики вимірювального приладу наносяться на його шкалі.

Електровимірювальні прилади характеризуються загальними технічними показниками. Для порівняння електровимірювальних приладів різних систем необхідно розглянути показники, що характеризують клас точності і чутливість приладу.

Для електровимірювальних приладів встановлено дев'ять класів точності: 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4 [1, 12].

Комбінований вимірювальний прилад може мати різні класи точності для різних вимірювальних величин. Прилад, призначений для вимірювання однієї і тієї ж величини, може мати різні класи точності для різних меж вимірювання (різних кінцевих значень шкали).

Здатність приладу реагувати на зміну вимірювальної величини характеризує його чутливість і оцінюється відношенням зміни положення покажчика, на шкалі приладу до зміни вимірювальної величини, що викликали це переміщення, тобто:

(4.1)

де S_X – чутливість приладу в даній точці шкали.

Чутливість електровимірювального приладу має розмірність, що залежить від характеру вимірювальної величини. Наприклад, чутливість приладу до струму можна виразити розмірністю: поділ/А чи град/А, а чутливість до напруги - розмірністю поділ/В чи град/В. Якщо шкала приладу рівномірна, то у всіх точках шкали однаковим змінам вимірювальної величини відповідають однакові кутові чи лінійні переміщення покажчика, тобто чутливість приладу постійна.

Величину C=1/S_x називають постійною приладу, котра має розмірність, зворотню розмірності чутливості. Числове значення вимірю­вальної величини дорівнює добутку числа поділок визначених за шкалою на постійну приладу.

Визначимо чутливість за напругою і постійну комбінованого електровимірювального приладу М491. Цей прилад є вольтметром магнітоелектричної системи і має чотири межі вимірювання за напругою: 3, 30, 300, 600В. Шкала приладу рівномірна і має 30 поділок.

Для межі 3В:

S=30/3=10 поділ/В; С=3/30=0,1 В/поділ;

Для межі 30 В:

S=30/30=1 поділ/В; С=1 В/поділ;

Для межі 300 В:

S=30/300=0,1 поділ/В; С=300/30=10 В/поділ;

Для межі 600 В:

S=30/600=0,05 поділ/В;С=600/30=20 В/поділ;

Якщо при вимірювані напруги цим приладом його стрілка відхилиться на 5 поділок, то це складе 0,1×5=0,5 В на межі 3 В і 20×5=100 В на межі 600В.

За родом струму електровимірювальні прилади всіх систем поділяють на прилади постійного і змінного струмів. За ступенем захисту від зовнішніх магнітних і електричних полів прилади і їх допоміжні частини поділяють на першу і другу категорії. Для приладів першої категорії допустимі зміни показів складають приблизно ±0,5%, а для приладів другої категорії ±1% і більше. Умовне позначення на шкалі наноситься тільки для приладів першої категорії.

Табл. 4.1. порівнянні дані прикладів ризних систем

За стійкістю до кліматичних впливів електровимірювальні прилади і їхні допоміжні частини розділяють на наступні групи:

А – прилади для роботи в сухих опалювальних приміщеннях при температурі 10¸35°С і відносній вологості повітря до 80% (при температурі 30°С);

Б (Б₁, Б₂, Б₃) – прилади для роботи в закритих неопалювальних приміщеннях при температурі -30¸ +50°С і відносній вологості повітря до 95% (при 35°С);

В (B₁, B₂, В₃) – прилади для роботи в польових і морських умовах при температурі –50¸80°С і відносній вологості повітря до 98% (при 40°С).

Прилади для роботи в умовах тропічного клімату мають у позначенні типу букву Т.

За стійкістю до механічних впливів при експлуатації прилади поділяють на звичайні, звичайні з підвищеною механічною міцністю, струсоміцні, віброміцні, удароміцні і вібростійкі (нечуттєві до вібрації).

Слід зазначити, що той самий прилад можна виконати одночасно в декількох варіантах за стійкістю до механічних впливів.

За захищеністю від впливу навколишнього середовища прилади поділяють на звичайні, бризкозахищені, водозахищені, герметичні, пилозахищені, газозахищені, захищені від агресивного середовища, вибухозахищені, захищені від впливу випромінювання.

За габаритними розмірами розрізняють прилади мініатюрні (до 50 мм), малогабаритні (від 50 до 100 мм), середні (від 100 до 200 мм) і великі (понад 200 мм).

4.2. Вибір аналогового електровимірювального приладу

Вибираючи прилад для вимірювання, необхідно переконатися, що його основні показники відповідають усім технічним вимогам, пред'явленим до нього умовами вимірювання і експлуатації. До таких вимог відносяться, наприклад, тип струму, його величина, форма кривої, частота струму, умови навколишнього середовища, механічний вплив та ін.

Особливо необхідно зупинитися на виборі приладу за класом точності, а саме:

а) не слід задаватися метою одержати похибку вимірювань у багато разів меншу допустимої; наприклад, якщо допускається відносна похибка 5 чи 10%, то необхідно для вимірювання вибирати вольтметр, що забезпечує вимірювання з похибкою не більше 1%;

б) необхідно пам'ятати, що клас точності приладу характеризує його властивості у відношенні точності, але не є безпосереднім показником точності вимірювань, виконуваних за допомогою цього приладу, тому що можуть бути й інші причини, що впливають на загальну похибку вимірювань;

в) необхідно пам'ятати, що з меншою відносною похибкою виміряється величина, що вираховується при положенні стрілки приладу ближче до кінця межі шкали, тому що відносна похибка вимірювання зменшується зі збільшенням вимірювальної величини. Наприклад, для вольтметра зі шкалою 0-100 В класу точності 1,5 гранична абсолютна похибка дорівнює 1,5 В, а відносні похибки при вимірюванні 25 і 75 В відповідно дорівнюють:

Отже, для зменшення відносної похибки вимірювання потрібно вибирати вимірювальний прилад з такою верхньою межею, щоб при вимірюванні, положення стрілки приладу знаходилося в останній третині (чи половині) його шкали.

4.3. Умовні позначення, які наносять на шкалу аналоговог електровимірювальний прилад у

Кожен електровимірювальний прилад має наступні позначення (на своїй шкалі, на корпусі і на затисках): позначення одиниці вимірювальної величини; позначення класу приладу; номер стандарту, встановленого на дану групу приладів; умовне позначення типу струму; умовне позначення системи приладу і ступеня захищеності від магнітних і електричних впливів; умовне позначення робочого положення приладу (якщо це положення має значення); умовне позначення напруги випробування ізоляції вимірювального ланцюга стосовно корпуса та ін.

Рис. 4.1. Шкала приладу М94

Як приклад на рис. 4.1, приведена шкала мікроамперметра типу М94. З позначень, нанесених на шкалу, видно, що прилад призначений для вимірювання на постійному струмі; прилад магнітоелектричної системи; є захист від зовнішніх магнітних полів по першій категорії; вимірювальний ланцюг приладу ізольований від його корпусу і випробуваний напругою 2 кВ; робоче положення приладу вертикальне; прилад першого класу точності; заводський номер приладу 1190, вип. 1994 р.

4.4. Електровимірювальні аналогові прилади магнітоелектричної системи, які використовуються в радіоелектронній апаратурі

У радіоелектронній апаратурі застосовують різні електровимірю-вальні прилади. Найбільш розповсюдженими є прилади магнітоелект-ричної системи, які використовуються в якості:

1) відлікових пристроїв радіовимірювальних приладів, наприклад:

а) стрілочних вимірювачів напруги в електронних вольтметрах різного типу;

б) стрілочних вимірювачів рівня вихідного сигналу і коефіцієнт модуляції в генераторах різного типу;

в) стрілочних вимірювачів добротності, індуктивності, актив-ного опору в приладах для вимірювання параметрів компонентів і лан-цюгів із зосередженими постійними;

г) стрілочних вимірювачів у приладах і схемах для вимірювання параметрів електричних ламп, напівпровід­никових діодів, транзисторів та інтегральних схем;

2) вимірювачів режимів роботи стаціонарних і пересувних радіотехнічних пристроїв за постійним струмом (напруги живлення, струму споживання), вимірю­вачів режиму роботи перетворювачів і стабілізаторів;

3) індикаторів точного налаштування мережевих транзисторних радіоприймачів, індикаторів рівня запису в транзисторних магніто-фонах і для контролю струму в переносних і стаціонарних магнітофонах і радіоприймачах.

В якості стрілочних вимірювальних приладів в електронних вольтметрах, а також в іншій радіовимірювальній апаратурі використовуються, як правило, магнітоелектричні мікроамперметри класів точності 1,0 чи 1,5 великої чутливості (зі струмом повного відхилення 100-200 мкА). Такі вимірювачі забезпечують високу чутливість радіовимірювальних приладів. Високочутливі прилади зі струмом повного відхилення 50–100 мкА в більшості випадків включати безпосередньо в ланцюг не можна, тому їх застосовують з додатковими пристроями: шунтами при вимірюванні струму і додаткових резисторів при вимірюванні напруги. Менш чутливі прилади можуть включатися в ланцюг безпосередньо.

Для вимірювання постійних напруг у ряді випадків можна використовувати вольтметри магнітоелектричної системи, як найбільш дешеві і більш точні. Можливість їхнього застосування визначається співвідношенням R₁/R_вх (рис. 4.2), де R₁ – опір ділянки ланцюга, на якому вимірюється напруга, а R_вх – вхідний опір вольтметра.

Рис. 4.2. Схема підключення приладу для вимірювання напруги

Якщо як вольтметр використовувати чутливий прилад зі струмом повного відхилення 50-100 мкА, то його вхідний опір при межі вимірювання 1 В складе:

і відповідно збільшиться зі збільшенням межі вимірювання. При такому значенні вхідного опору прилад можна використовувати для вимірювання напруги в низькоомних ланцюгах.

Крім допустимої похибки вимірювання вибір приладу для конкретного вимірювання визначається співвідношенням R₁/R_вх (див. рис.4.2). З теорії вимірювання відомо, що при вимірюванні напруги на резисторі R₁ (див. рис. 4.2) дійсна величина напруги U_х виражається в такий спосіб:

(4.2)

де U_a – значення напруги, що вираховується за вольтметром.

Якщо R_вх>>R₁, то U_x»U_a, тобто вольтметр не вносить спотворень.

Якщо R_вх порівняно з R₁, але R₂>>R₁, то: U_x=U_a(1+R₁/R_вх).

Користуючись цим співвідношенням, можна визначити:

1) поправку, яку потрібно внести в результат вимірювання на шунтуючу дію приладу;

2) величину необхідного R_вх приладу, щоб похибка вимірювання не перевищувала допустиму величину.

Так, наприклад, при вимірюванні режимів в радіотехнічних схемах, звичайно, допускається похибка за рахунок шунтуючої дії приладу в межах ±(5-10)%, тобто значення U_х не повинно відрізнятися від U_a більш ніж на ±(5-10)%. У цьому випадку потрібно прийняти 1+R₁/R_вх= =(1,05¸1,1), звідки R_вх=(20¸10)R₁. Якщо R_вх³100R₁, то впливом R_вх на режим вимірювального ланцюга при згаданій допустимій похибці можна знехтувати. Слід зазначити, що якщо R_вх співпадає з R₁, то режим вимірювального ланцюга може настільки різко змінитися, що розрахувати похибку вимірювання виявиться неможливо. Так, наприклад, якщо використовувати вольтметр із відносно невеликим вхідним опором для вимірювання напруги на колекторі транзистора, у ланцюг якого включений резистор з великим опором, то режим роботи транзистора різко зміниться і ніякі розрахунки не дозволять визначити дійсну напругу на колекторі.

Таблиця 4.2.

Дані основних типів електровимірювальних приладів магнітоелектричної системи, що застосовуються в радіоелектронній апаратурі

В якості індикаторів настроювання транзисторної радіомовної апаратури застосовують прилади зі струмом повного відхилення у межах від 100 до 1000 мкА і з основною похибкою вимірювання до ±10%. Є також індикатори постійного струму з основною похибкою вимірюван­ня ±2,5, ±4 і ±5%.

Дані основних типів електровимірювальних приладів маг-нітоелектричної системи, що застосовуються в радіоелектронній апаратурі, наведені в табл. 4.2.

Прилад М24 має багато модифікацій (міліамперметр, мікроамперметр, мікроамперметр-вольтметр) з різними межами вимірювання і різних класів точності (1,0; 1,5 і 2,5). В електронних вольтметрах в основному застосовується мікроамперметр М24 зі струмом повного відхилення 100 мкА, класу точності 1,0 і з внутрішнім опором 850 Ом

Основні технічні показники індикаторів, що застосовуються в основному для налаштування і контролю режиму транзисторної радіотехнічної апаратури, наведені в табл. 4.3.

Таблиця 4.3. Основні технічні показники індикаторів, що застосовуються в основному для настроювання і контролю режиму електронної апаратури

4.5. Захист електровимірювальних приладів від короткочасних перевантажень

Значні струмові перенавантаження електровимірювального приладу можуть привести до порушення його нормальної роботи. Тому на практиці часто застосовують захист вимірювальних приладів від струмових перенавантажень. Одним з ефективних способів такого захисту є підключення паралельно приладу напівпровідникового діода в прямому направленні – шунтування приладу (рис. 4.3.). Ступінь шунтування приладу діодом залежить від величини його прямого опору, обумовленого величиною напруги, прикладеної до переходу.

Рис. 4.3. Схема захисту приладу одним діодом

На рис.4.4, зображена початкова ділянка характеристики діода, на якій показані три зони 1, 2, 3. У зоні 1 прямий струм через діод І_Д дуже малий у порівнянні з загальним струмом, і діод не робить шунтуючих дій на прилад. Ця зона є робочою зоною вимірювання. У зоні 2 діод починає шунтувати прилад. У зоні 3 прямий опір діода різко падає і тому подальше збільшення напруги приводить тільки до збільшення струму І_Д, чим виключаються перенавантаження приладу. До діода пред’являються наступні основні вимоги:

1) повинна виконуватися умова U₁³U_Н, де U_Н – номінальна напруга, при якій стрілка приладу відхиляється на всю шкалу;

2) крутість характеристики повинна бути найбільш можлива;

3) діод повинен витримувати струм, що відповідає максимально можливому струму перенавантаження.

Рис. 4.4. Початкова ділянка вольт-амперної характеристики діода

Рис. 4.5. Залежність прямого опору діода Д226Д від напруги

Для захисту від перенавантажень високочутливих приладів, наприклад мікроамперметрів, застосовують кремнієві діоди, прямий опір яких при невеликих прикладних напругах (у зоні 1), зазвичай, більше внутрішнього опору приладу, а зі збільшенням напруги різко падає (рис.4.5).

Для приладів з великою напругою повного відхилення, коли захист не може бути забезпечений одним діодом, послідовно включають два діоди чи більше. Якщо необхідно захистити від перенавантажень електро-вимірювальний прилад, струм через який протікає у двох напрямках (наприклад, прилад, що має шкалу з нулем посередині), то паралельно приладу підключаються два діоди зустрічно (рис.4.6).

Рис. 4.6. Схема захисту приладу двома діодами

У результаті шунтуючої дії діода додаткова похибка вимірювання, зазвичай, не перевищує (0,1–0,2)%.

Як приклад, що характеризує ефективність цього методу, розглянемо випадок захисту електровимірювального приладу, у якого струм повного відхилення І_н=200 мкА, внутрішній опір приладу R_вн=900 Ом, а падіння напруги на приладі U_н=І_нR_вн=180мВ. Прилад шунтується діодом Д226Д. З рис.11.5. випливає, що в межах від 0 до 0,18 В прямий опір діода перевищує 1 мОм, і, отже, його шунтуючою дією на прилад можна знехтувати. При збільшенні напруги до 1 В опір діода зменшується до 4,3 Ом і прилад виявляється надійно захищеним. Максимально електричне перенавантаження, яке він може витримувати, складе, 1÷0,18=5,5 разів, у той час як струм, що відгалужується через діод, перевищить струм приладу в 900÷4,3=209 разів.

Якщо в результаті перевищення струму через діод він буде пробитий, то в цьому випадку прилад буде захищений пробитим діодом, який необхідно потім замінити новим.

4.6. Шунти

Шунт застосовується для розширення межі вимірювання за струмом вимірювального приладу і являє собою резистор, що включається в ланцюг вимірювального струму, паралельно якому приєднується сам прилад. При цьому через прилад протікає лише частина вимірювального струму і тим менша, чим менший опір шунта R_Ш у порівнянні з внутрішнім опором приладу R_ВН. Для усунення впливу опорів контактних з’єднань шунти забезпечуються струмовими і потенційними затискачами (рис.4.7). Шунти можуть монтуватися в середині приладу й окремо від нього. З’єднують прилад, з виносним шунтом, короткими проводами з досить великим січенням, щоб їхній опір був значно менший опору шунта. Проводи ланцюга повинні підводитися до шунта, а не до приладу (рис.4.8). Якщо проводи ланцюга приєднати до приладу, то при випадковому від’єднанні шунта весь струм ланцюга піде через прилад, що викличе вихід його з ладу.

Якщо граничне значення вимірювального струму дорівнює І_п, а струм повного відхилення приладу І_н, то опір шунта R_Ш визначають виходячи з того, що І_нR_вн=(І_п-І_н)R_Ш, звідки:

(4.3)

Наприклад, при необхідності розширення межі вимірювання мікроамперметра М260М (І_н=100 мкА і R_вн=2000 Ом) до значення І_п=10 мА необхідно застосувати шунт з опором:

У результаті розширення межі вимірювання приладу за рахунок шунта змінюється його стала, що варто враховувати при відліку за шкалою приладу значень вимірювального струму. Так, наприклад, у приведеному прикладі мікроамперметр М260М має 20 поділок, отже, його постійна складає: 5 мкА/поділ – при відсутності шунта (межа вимірювання – 100 мкА) і 0,5мА/поділ – при включенні шунта (межа вимірювання – 10 мА).

Рис. 4.7. Схема з’єднання вимірювального механізму з шунтом

Рис. 4.8. Включення в ланцюг пристрою з шунтом

Переносні прилади часто забезпечуються багатограничними шунтами, що складаються з декількох резисторів, що переключаються у визначеній послідовності в залежності від межі вимірювання. В якості багатограничних, часто застосовують так звані універсальні шунти. Схема такого шунта на п'ять меж вимірювання зображена на рис.11.9.

Порядок його розрахунку ілюструється наступним прикладом. Маємо мікроамперметр, у якого І_н=200 мкА і R_вн=800 Ом. Необхідно розширити його межі вимірювання до 1, 3; 10; 30 і 100 мА.

Для цього спочатку визначаємо опір всього шунта:

Рис. 4.9. Схема універсального шунта на п'ять меж вимірювання

Потім розраховуємо опір окремих резисторів, починаючи з R₅:

Шунти виготовляють з манганіну та інших матеріалів з високим питомим опором і постачають двома парами затисків. Індивідуальний шунт застосовують тільки з тим приладом, що градуювався з даним шунтом. Комбінований шунт можна застосовувати з приладом, номінальна напруга якого відповідає зазначеній на шунті напрузі (45, 75, 100 чи 150 мВ). За точністю шунти поділяються на класи 0,02; 0,05; 0,1; 0,2 і 1,0. Клас точності означає у відсотках допустиме відхилення опору від його номінального значення.

Шунти переважно застосовують в ланцюгах постійного струму, тому що на змінному струмі на розподіл струмів впливають частота й індуктивність елементів. Шунти широко застосовують разом із приладами магнітоелектричної системи.

1.

2.

3.

3.1.

3.2.

3.3.

3.4.

3.5.

3.6.

4.7. Додаткові резистори

Додатковий резистор застосовують для того, щоб розширити межу вимірювання напруги і не допустити впливу температури на опір вольтметра. Додатковий резистор виготовляють з манганіну і включають послідовно з вимірювальним приладом (рис. 11.10). В якості додаткових резисторів використовують точні малогабаритні дротяні і мікродротяні резистори, а також недротяні високоточні резистори підвищеної стабільності, виготовлені з допусками до ±0,1% і, які володіють мінімальним темпера­турним коефіцієнтом опору в робочому інтервалі температур.

У результаті включення додаткового резистора вхідний опір ланцюга вольтметра R_вх значно підвищується і стає рівним R_вн+R_Д, де R_вн – внутрішній опір вимірювача.

Опір додаткового резистора визначають за формулою:

R_Д=R_вн(Р-1), (4.4)

де Р - число, що показує у скільки разів потрібно збільшити межу вимірювання вольтметра.

Мілівольтметр М24-155 має межу вимірювання 100 мВ і струм повного відхилення І_н=6 мА, що відповідає R_вн=16,7 Ом. Якщо необхідно розширити межу вимірювання цього приладу до 1000 мВ (Р=10), то послідовно до приладу необхідно приєднати резистор з опором:

R_Д=R_вн(Р-1)=16,7 (10-1)=150,3 Ом.

Рис. 4.10. Схема з’єднання вимірювального приладу з додатковим резистором

У результаті приєднання резистора R_Д постійна приладу збільшиться з 1 мВ/поділ до 10 мВ/поділ (прилад має 100 поділок), що варто враховувати при відліку показів за приладом, а вхідний опір ланцюга приладу збільшиться до значення:

R_вх=R_вн+R_Д=16,7+150,3 =167 Ом.

Незважаючи на значне збільшення, вхідний опір залишається низьким і такий вольтметр непридатний для вимірювання режимів в радіоелектронній апаратурі, де звичайно застосовують вольтметри, виконані на базі високочутливих мікроамперметрів зі струмом повного відхилення 50-100 мкА. Для подібних приладів у паспорті часто вказується струм повного відхилення і внутрішній опір. За цими даними можна визначити спад напруги на приладі U_н=I_нR_вн, що відповідає повному відхиленню покажчика. Для високочутливих мікроамперметрів це значення складає десятки і сотні мілівольт.

Опір додаткового резистора для такого вольтметра можна визначити за формулою:

R_Д=U_п/I_н-R_вн, (4.5)

де U_п – гранична напруга, яку можна виміряти приладом при даному значенні R_Д.

Так, наприклад, якщо на базі мікроамперметра М94 (І_н=100 мкА, R_вн=850 Ом, U_н=85 мВ) виконати вольтметр з межами вимірювання 1, 10 і 20 В, то опори додаткових резисторів для цих меж будуть відповідно рівні:

для 1 В:

для 10 В:

для 20 В:

Вхідний опір ланцюга вольтметра при цьому буде:

для 1 В:

R_вх=R_вн+R_Д1=850+9150=10 кОм;

для 10 В:

R_вх2=R_вн+R_Д2=850+99150=100 кОм;

для 20 В:

R_вх3=R_вн+R_Д3=850+199150=200 кОм.

Результати розрахунку показують, що на різних межах вимі-рювання ланцюг вольтметра має різні вхідні опори. Для зручності порівняння багатограничних вольтметрів і оцінки їхнього впливу на режим вимірювального ланцюга користуються значенням не вхідного, а так названого відносного вхідного опору R_вх.в, що чисельно дорівнює опору, який приходиться на 1В граничного значення.

Цей опір можна визначити як:

R_вх.в=1/І_н. (4.6)

У розглянутому прикладі R_вх.в=10 кОм/В.

Багатограничний вольтметр можна виконати в двох основних варіантах. На рис. 11.11, а зображена схема вольтметра з окремими додатковими резисторами для кожної межі. Схема рис. 11.11, б характерна тим, що до складу додаткового резистора кожної межі входять додаткові резистори більш низьковольтних меж; опір кожного резистора знаходиться як різниця опорів додаткових резисторів двох суміжних меж.

Рис. 4.11. Схеми багатомежних вольтметрів постійного струму

Розрахуємо вольтметр за схемою рис. 11.11, б на три межі вимірювання: 1; 5 і 10 В. Як вимірювач використовується мікроам­перметр, у якого І_н=100 мкА; R_вн= 1000 Ом:

для 1 В:

для 5 В:

R_Д2=(R_Д1+R_Д2)-R_Д1=49-9=40 кОм;

для 10 В:

R_Д3=99-49=50 кОм.

Температурний коефіцієнт всього вольтметра при наявності додаткового резистора:

де b – температурний коефіцієнт всього вольтметра;

b_мд – температурний коефіцієнт міді, з якої виготовлена обмотка рамки приладу;

b_мн – температурний коефіцієнт манганіну, з якого, зазвичай, виготовляють додатковий резистор.

Калібровані додаткові резистори поділяють на класи точності 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5 і 1,0 і виготовляють їх на номінальні струми 0,5; 1; 3; 5; 7,5; 15 і 30 мА. Калібрований резистор може застосовуватися з будь-яким приладом, номінальний струм якого дорівнює номінальному струму додаткового резистора. Індивідуальний резистор застосовують тільки з тим приладом, що градуюється з ним.

Запитання

1. Як поділяються електровимірювальні прилади в залежності від методів вимірювання?

2. Як поділяються електровимірювальні прилади в залежності від принципу роботи?

3. Як визначається чутливість електровимірювального приладу?

4. Як визначається стала приладу?

5. Що таке абсолютна похибка?

6. Якою похибкою визначається клас точності приладу?

7. Які класи точності встановлені стандартом для електрови-мірювальних приладів?

8. Як поділяються електровимірювальні прилади по захище-ності від дії навколишнього середовища?

9. Як включається в електричне коло амперметр, вольтметр, ватметр?

10. Назвіть основні складові частини і поясніть принцип дії приладів магнітоелектричної, електромагнітної та електродинамічної системи.

11. Які вимоги при проведенні вимірювань до електрови-мірювальних приладів?

12. Як проводиться вибір електровимірювальних приладів за класом точності?

13. Які основні умовні позначення наносяться на шкали електровимірювальних приладів?

14. Які електровимірювальні прилади використовують в радіоелектронній апаратурі?

15. Які основні параметри можна виміряти електрови-мірювальними приладами в радіоелектронній апаратурі?

16. Як здійснюється захист електровимірювальних приладів від короткочасних перенавантажень?

17. Які існують способи розширення меж вимірювання електровимірювальних приладів?

18. Як визначають опір шунта?

19. Як визначається опір додаткового резистора для розширен-ня меж вимірювання напруги?

20. На які класи точності поділяються шунти і додаткові резис-тори і як вони виготовляються?