evtiheeva_n_n__izmerenie_yelektricheskih _i_neyelektricheskih (Евтихеева Н.Н. - Измерение электрических и неэлектрических), страница 9

Эта отметка находится с правой стороны шкалы и соответствует нулевому значению измеряемого сопротивления. Омметры, выполненные по схеме, изображенной на рис. 2.5, удобны для измерения больших сопротивлений (от нескольких ом до сотен мегаом). Для измерения малых сопротивлений используются омметры, собранные по несколько видоизмененной схеме (рис. 2.6) .

Логометры. Приборы, в которых противодействующий момент создается не при помощи упругого элемента, а теми же электромагнитными силами, что и вращающий, называются логометраии. У логометров положение подвижной части определяется отношением двух токов. Логометры магнитоэлектрической системы (рис. 2.7) имеют подвижную часть из двух жестко скрепленных между собой катушек (рамок) .

Последние могут свободно вращаться в неравномерном поле постоянного магнита. Для создания неравномерного магнитного поля полюсным наконечникам, как и сердечнику„находящемуся между ними, придаетса особаа фоРма, Токи!, и 1з подводЯтсЯ чеРез тонкие, не создаюпгне противодействующего момента металлические ленты. Из-за отсутствия упругого элемента стрелка отключенного логометра занимает 39 безразличное положение. Электрокинетическая энергия рамок с током в поле постоянного магнита ЯЗ = Ф1(й)11ф 7,( 2 = 'рэ (п)12.

(2Л 3) Зависимость потокосцеплений тр, и Фт от угла а возникает из-за неоднородности магнитного поля. Моменты, создаваемые рамками, (2.14) Мэ = (с(Ф~ (а)/с(а)1~, Мг = альтэ (п)Фп)1э. При равновесии 1,ИФ, (а)/да = 1эс(Фз(а)Иа, (2.15) откуда 1,/1т = Ифэ(а)йпй((% (п)Ип) = Х(п) (2.1б) и р (11Р2) Из уравненпя преобразования логометра (2Лб) видно, что положение его подвижной части является функцией отношения токов в рамках. Логометры применяются для измерения сопротивления и других электрических величин. Основным достоинством логометрических приборов является независимость их показаний от напряжения питания. Гальванометры. Высокочувсгвительные магнитоэлектрические приборы называются гальванометрами.

Подвижная часть гальва)юметра укрепляется на подносе из тонкой упругой ленточки. Эта ленточка создает противодействующий момент, а также служит одним из токоведущих проводников. Лругим проводником является безмоментная спираль из серебряной фольги. Рамка выполняется бескаркасной, устройство для успокоения отсутствует. Обычно применяется оптическое отсчетное устройство, состоящее из зеркальца, укрепленного на подвиж ной части, источника света с оптическими приспособлениями для формирования узкого луча и шкалы с миллиметровыми делениями. После отражения от зеркальца луч падает на шкалу.

При повороте подвижной части луч перемешается вдоль шкалы. Гальванометры характеризуются чувствительностью к току и напряжению. Чувствительность к току„как и в случае обычных магнитоэлектрических приборов, определяется по (20 О): Ю = а11 = Внй/И' (2.17) и характеризует отклонение подвижной части гальванометра при протекании через рамку единищ ~ тока.

40 Чувствительность к напряжению юг = и/С =Вюо/итг (2.18) где л — сопротивление рамки гальванометра. Выражение (2.18) следует из (2.17) н равенства С=Ж . Обычно чувствительность к току характеризуют чйслом, показывающим, на сколько миллиметров перемещается световой луч по шкапе прн прохождении через гальвююметр тока 1 А при расстоянии от зеркальца гальванометра до шкапы 1 м, например: Я = 5 ° 10з мм/(А ° м).

Л/за/ей* = ХМ, где 1 — момент инерции; пза/Йз — угловое ускорение; ХМ вЂ” сумма моментов, действующих на подвижную часть прибора. В эту сумму кроме момента вращения М,„и противодействующего момента М„„следует включить момент успокоения М„, который возникает вследствие появления магнитоиндукционного торможения при движении рамки гальванометра в поле постоянного магнита. При установившемся положении подвижной частиМ = О. Таким образом, уравнение движения (2.19) можно записать в виде в (2.20) где М =ВАМ; вр М = — И'а.

лр Выражение для М можно записать в виде У (2.21) (2.22) М = ВнБ( (2.23) 41 Аналогичным образом чувствительность к напряжению задается в мм/(В ° м). Часто в паспортах гальванометров указываются не чувствительности, а обратные им величины С и Сгг, которые называются постоянными гальванометра: С~ =1/Яд С~ = 1/Я . Упомянутые выше характеристики являются статическими, они щь чего не говорят о процессе достижения положения равновесия подвижной частью гальванометра. Между тем такой параметр, как время установления равновесия, имеет важное значение при работе с приборами повышенной чувствительности.

Для исследования переходных процессов в гальваномстре необходимо рассмотреть уравнение движения его подвижной части где 1 — ток, возникающий от ЭДС е, индуктированной в рамке гальванометра при движении последней в магнитном поле постоянного магнита.

Но 1 = е/А, где А — сопротивление цепи гальванометра, состоял ц щее из сопротивлений Вг рамки гальванометра РС и внешней цепи Я „(рис. 2.8): Я =В +А ц г ви' ЭДС равна е = — с1Ф/с1г = — ВыИа/с(г. Следовательно, выражение для момента успокоения (2.23) можно переписать в виде у (( ) /( г аи))("1 / г) / г' (2.24) Величина Р = (Виьу)'/(А + А „) называется коэффиллелгом успокоения. Знаки минус в (2.22) и (2.24) отражают тот факт, что моменты противодействия и успокоения направлены против момента вращения.

Подставив (2.21), (2.22) и (2.24) в уравнение движения подвижной части гальванометра (2.20), получим ЙРе/Ф + Рг1п/И + 1га = ВиВХ, (2.25) Введем обозначения е = ч/1"/Г В = Р/2/Ю; и, =В от/1к Тогда уравнение (2.25) примет вид г1 и/Пг + 24се1Ыц/гй + гсоп = мопр (2.26) (2.27) Частное решение а„можно получить, рассматривая равновесное состояние подвижной части. При равновесии ее скорость сЬ/Ф и ускорение Л а/Йз равны нулю, а установившееся значение угла (2.28) а„= аР = ВтЯ/В. Общее решение однородного уравнении ~1зо/Йз + 2гоеЯа/Я + оэ~оа = 0 (2.29) 42 Решение этого линейного дифференцнального уравнения дается суммой частного решения, удовлетворяющего заданному начальному условию, и общего решения однородного уравнения ~'Вн имеет вид ае = с~е~г~ + сзст (2.30) где постоянные сг и се зависят от начальных условий, ах, и ха являются корнями характеристического уравнения х' + 2гсе(1х + гете = О, (2.32) Если додсгавить выражения для х, и хз в (230), а затем значения ае и а„из (2.30) и (2.28) в (2.27), та будет получена искомая завишмость угла поворота подвижной части гальванометра от времени.

Из-за сравнительной громоздкости окончательных формул ограничимся качественным анализом процесса достижения установившегося показания гальванометра. Характер этого процесса зависит от значения параметра Ц, называемого степенью успокоения. Разные режимы соответствуют трем возможным случаям: 13 < 1 — корни 11 ) 1 — корни б = 1 — корни х комплексные, различные; х, з вещественные, различные; х вещественные, одинаковые.

На рис. 2.9 для перечисленных случаев представлены графики движения подвижной части гальванометра. При 11 < 1 (кривая 1) имеет место колебательный режим; указатель достигает установившегося положения а в результате постепенного затухания колебаний. Во втором случае (б ) 1', кривая 2) наблюдается медленное, плавное приближение к установившемуся значению. Такой процесс называется апериодическим. Наконец, третий режим (Р = 1, кривая 3) называется критическим. При нем равновесие достигается за время, близкое к мннималыюму, по позволяет сократить длительность измерения. 43 Условие ф = 1 с учетом соотгюшений г вн) можно переписать в впдс 1В 5)э)2 /Уф'Р, + Д,„) Л + Л = (В ~)э)2ъ/Ю (2.33) где индекс "кр" указывает на то, что равенство (2.33) явлиется условием осуществления критического режима.

Сумма 1г' + к = к называется полным критическим сопрог вн, кр кр тивлением гвльванометра. Его значение определяется исключительно конструктивными параметрами гальванометра и указывается в пас. порте прибора. Степень успокоения можно выразить через В„ кр к ~( г вн)' (2.34) Уравнение (2З4) удобно использовать для получения необхоцимого режима работы гальванометра, Так как А иН заданы, для получения кр г требуемого значения )3 достаточно подобрать соответствующее значение внешнего сопротивления цепи гальванометра Н .

Выбор того или иного вн' режима зависит от требований, предъявляемых к измерению в каждом конкретном случае. Если требуется обеспечить повышенную устойчивость по отношению к механическим воздействиям на гальванометр, то следует въ1бирать апериодическии режим. Если нужно добиться быстрого установления указателя, то режим должен быть близок к критическому. Минимальное время установления реализуется при степени успокоения несколько меньшим единицы. Баллжтические гальванометры. Во многих случаях требуется измерить количество электричества Д, переносимого коротким импульсом т тока1Я длительностьют,т.е. величину Д = ~1(Г)Ф.

Длявыполнения о таких измерений служат баллистические гальванометры. Они отличаются от рассмотренных выше гальванометров, показывающих установившееся значение тока, повьпценным моментом инерции подлихаюй части. Увеличение момента инерции необходимо для того, чтобы период собственных колебаний подвижной части Те был много болыпе длительности импульса тока г. При этом условии первый (максимальный) отброс ап указателя под действием тока пропорционален количеству электричества Д: (2.35) пб = об~2. 44 Величина о называется баллистической чувствительностью гальвано- метГ, ет-, а обратная ей величина — баллисгпческой постоянной.

Баллистическая чувствительность определяется как амплитуда первого отклоне„ия укэзателч при прохождении через рамку гальванометра импульса тока, содсрхсащего 1 Кл колл котла злектри юства, и выражается в делениях шкалы, нзходчщенся на расстоянии 1 м от зеркальца гальванометра. Баллистическая чувствительность сложным образом зависит от конструктивных парам тров гэльванометра н от внешнего сопротивления цепи. Поэтому перед проседанием намерений ее обьг~но определяют экспериментально илп находят на осповюии паспортных данных. Баллистические гальванометры используются при магнитных измерениях, измерениях больших сопротивлений и других электрических величин.