В 
10 Статичен режим на електромеханичните измерват уреди
Електромех уреди спадат към уредите с пряко преобразува-не.И имат структурна схема:
Y=fсх(X) =f(Y)Измерв. сх служи за съгласуване на вх велич Х и измерваната мех величина Y и също за задаване на обхвата и за отстраняване на смущения от температурни и честотни влияния и импулсации. Ел. механ. изм. уреди се разделят в зависимост от ел.магнитната енергия на:магнитно-електрически, електродинамична, елмагн, ел статична и индукционни. Изм. уред е в стат. режим, когато информативния параметър на вх. сигнал Х(вх. величина) е неизменен във времето и на него отговаря изходната величина(неизменно във времето отклонение на подвижната част). Статичният режим съответства на състояние на статично равновесие (равновесие на подвижната част)е изпълнено усл.:dn/dtn=0 за всяко n Mi=0 и уравнението характеризиращо състоянието на подвижната част се свежда до Мд+Мс=0, където Мд е двигателен момент, под чието въздействие се отклонява подвижната част Мд=Ynfд(с), fд(с) е функция на ъгловото отклонение на подвижната част, Мс съпротивителен момент, създава се от метални еластични елементи и се противопоставя на двигателния и зависи от Мc= -сW където W е коеф .на еластичност наречен специф. съпротивителен момент Ynfд(с)= Wс Ако се реши спрямо с с=fy(Y) функцията на преобразуване на механизма, но Y=fсх(x) с=fх(Х) В частния случай при n=1, fд(с)=Cд=const. Y=CсхX функцията на преобразуване на уреда ще има вида с =SX*, където S=(CдCсх)/W–чувствителността на уреда спрямо Х. Този сл. съответства на лин. функц. на преобразуване и скалата е равномерна. Ако някои от горните усл не сa спазени функц на преобразуване на уреда ще бъде нелинейна. Тогава чрез подходящ избор на функцията на преобразуване на устройството за отчитане УО(неравномерна скала) пак се реализира лин зависимост, S0X където S0 е константа, деления. Равновесното състояние на механизма може да се представи чрез графично решаване на уравнението Ynfд(с)= Wс при Y=const с отговаря на пресечната точка А на кривата Мд+Мс=0. От фиг. Личи, че ако по някаква причина подвижната част се отклони от с на ъгъл 1 или 2 в/у нея ще действа разликата на двата момента, означена с Мy1 и Мy2 наречена установяващ момент (целящ да върне уреда в устойчиво съст.) Устойчивостта на равновесието се оценява чрез т нар специфичен установяващ момент Мy, т е установяващия момент за едно ъглово отклонение: Мy=lim M/=dM/d=dMд/d+dMс/d Равновесието е устойчиво ако е изпълнено условието Мy <0. При по-големи стойности на Мy смущаващите въздействия влияят по-слабо в/у равновесието, т е механизмите са по –точни. Чувствителността на уреда и специф установяващ момент са 2 реципрочни величини Следователно изизскването за чуствителност и устойчивост са 2 взаимно противоположни величини.
11.Динамичен режим на електромеханичните измер-вателни уреди. Електромеха-ничните измервателни уреди са в динамичен режим,ако входната величина е промен-лива във времето. При устано-вен режим измененията на входната и на изходната вели-чина във времето запазват ха-рактера си в разглеждания ин-тервал. Преходния режим въз-никва при изменение на качес-твените и количествените ха-рактеристики на входната ве-личина. Той характеризира по-ведението на подвижната част на механизма в интервала, през който тя преминава от едно състояние в друго.Динамичния режим на елекртомеханичните измервателни преобразуватели се описва с уравнението за движение на тяхната подвижна част, която има една степен на свобода. Динамичното й рав-новесие се определя от сумата на всички моменти,действащи спрямо оста на въртене.
 =0 ,където Мt-моме-нтна стойност на моментите,n-брой на моментите. Уравнение на движение на подвижна част:
J    +P +W=Mg ,където --J-моммент от инерцион-ните сили,-P-момент от затихването,W-коефициент на еластичност. Преходен режим при стъпаловидно входно въздействие: при такъв сигнал не всеки параметър може да се детерминира. Системата може да остане така за безкрайно дълго време. Тук Mg се проме-ня мигновенно от Mg=0 до Mg=Wc (при статичен режим).
u(t)
-ф-ията е
квазидетермен
-
t
Получава се: J+P+W= Wc | : Wc
Полагаме: /c=y
J/W +P/W +y=1
Полагаме: w0= -собствена кръгова честота на системата,=P/2 -степен на затихване:
1/ w0+2/ w0+y=1
Това е обикновено линейно нехомогенно диференциално ур-ние от втори ред. Ще го решим чрез характеристично ур-е:[1/w0]2+[2/ w0]+1=0-хар. ур-ние 1= w0 (-+ );
2= w0 (--); y=y1+y2-решение на ДУ; y1-произволно частно решение на нехомог. ур-ние, y2-решение на хомог. ур-ние; y1=1(установения режим =c е едно частно решение);y=1+Ae1t+Be2t
Начални условия: y(0)=0; dy/dt=y(0)|t=0=0.
Тук са възможни 4 случая:
1)=0 y=1+Aejw0t+Be-jw0t
y(0)=1+A+B A+B=-1
y(0)=0 A=B
y=1-1/2 ejw0t-1/2e-jw0t ;ejx=cos x+ jsin x y=1-cos w0t-преходна характеристика на уреда,защото тя се получава от единична ф-ия. Този режим се нарича още режим на свобод-ните колебания. Подвижната част и звършва незатихващи хармонични треотения около y=1,на което би се установила при наличието на момент на
з атихване. Кръговата честота на свободните незатихващи колебания е равна на w0. на тази честота съответно перио-да Т0 на незатихващите коле-бания е Т0=2/ w0=2 .
2)(0,1)-2 различни компл. корена подвижната част извършва затихващи хармонични колебания и след безкрайно дълго време заема установеното отклонение y=1 (т.е. =c).Тук честотата е w=w0 , T=2/w= 2/ w0,T>T0
3) >1-два различни реални корена-движението на подвиж-ната част е апериодично.
4) =1-два еднакви корена. Движението на подвижанта чат е апериодично и затихва бързо. Това е гранична стойност. Тя определя границата между пе-риодичния и апериодичния ре-жим на движение. Режима се нарича критично апериодичен.
Преходни режими при импу-лсно входно въздействие: реакцията на уреда при им-пулсно взаимодействие се на-рича балистична реакция. Вхо-дното въздействие е импулсно, ако продължителността му е пренебрежимо малка в срав-нение с T0. входното въздей-ствие е краткотраен токов им-пулс с продължителност t. Под действие на получената енергия подвижната част се задвижва, достига до max от-клонеие и се връща в нулевото си равновесие.
Ако периода на колебанията е многократно по-голям, т.е. Т>>t, то реакцията ще бъде пропорционална на площта на входния сигнал(импулс). Ако въздействието не е единичен импулс, получените зависи-мости за импулсната ф-ия трябва да се умножат с дейс-твителната интегрална стой-ност на импулса I=1-единично стъпаловидно въздействие. Установен режим при хармонично входно въздействие-целта е да се получат данни при амплитудно-честотния и фазо-во-честотния характер.
Апериодичният режим трябва да се предпочита, защото уре-дите са най-лесни за управле-ние.
13 Детекторни и термоелектр. измервателни уреди
Магнителектрическите изм. Уреди имат високи метрологични качества , но се използват пряко само за измерване на постоянотокови величини.Ако в измервателната им схема се включи и изправителен измерва-телен преобразовател ИП (фиг.1) , т.е. преобразувател на променлива величина в постоянна, с тях могат да се измерват променливи токове и напрежения . Символичното означение на детекторните измервателни уреди е по-казано на фиг.2.
Ако на входа на изправит. Преобразувател се подаде периодична променлива величина Х , изходната величина Y ще бъде също периодично променлива, която непременно съдържа постоянна съставка Y0 .Периодичните променливи сигнали се характеризират със :
- средна стойност 
- максимална ст-ст Xm
- ефективна стойност : 
които са свързани със следните зависимости:
X= kф.XAV и XM= kaX
Тук Кф е коефициент на формата , а Ка – коефиц. На амплитудата .При синусоидални сигнали тези коефициенти са съответно : Kф=X/XAV=(Xm/2)/(2Xm/)1,11
KA=Xm/X=Xm/(Xm/2)1,41
Според това ,от коя ст-ст на входната величина зависи поястоянната съставка на изходната величина ,изправителните преобразуватели се делят на :
а) преобраз.за средна стойност
б) … за максимална стойност
в) за ефективна стойност
В електромеханичните уреди се използват преобразуватели за средна стойност
В изправителните преобразуватели участват най-често полупроводникови изправителни елементи (вентили , диоди) .Те могат да бъдат разгледани като нелиней-ни съпротивления , изменящи многократно стойността си в зависи-мост от полярността на приложеното напрежение .
Зависимостта на тока през диода от приложеното към него напрежение е показано на фиг.3
В областта на малките напрежения тя може да се апроксимира с квадра-тичната зависимост , а в областта на големите – с линейна зависимост .При обратна полярност на напрежението U токът IR е стотици и хиляди пъти по-малък от тока в права посока IF.
Изправителното действие на диодите се характери-зира с коефициент на изправяне , където RF е правото съпротивление (на отпушен диод) , а RR –
обратното съпротивление (на запушения диод).
В изправителните преоб-разуватели се използват най-често точкови диоди и по-рядко – силициеви диоди или медноокисни изправители . Точковите диоди са по-високочестотни. При германиевите диоди праговото напрежение на отпушване е 0,2-0,3 V . При сили-циевите диоди обратния ток IR е значително по-малък , а параметрите им са по-малко температурно зависими , обаче праговото напрежение на отпушване е по-голямо – 0,5-0,7 V. KИ=IF/IR=RR/RF
Нелинейността на изправителния преобразувател определя известна нелинейност в началото на скалата на детекторните уреди ( за 10-15% от дължината й).
В зависимост от вътрешната схема детекторните уреди могат да бъдат с еднополупериодно или с двуполупериодно изправяне .В милиамперметрите с еднополипериодно изправяне (фиг.4) през измервателния механизъм преминава само едната полувълна на променливия ток , а обратната се пропуска през помощния диод Д2 и резистора R2 (R2 = r).
П о този начин схемата става пригодена за преобразуване не само на напрежение , но и на ток .
В
еригата Д2-R2 служи за изравняване на еквивалентните съпротивления на изправителния преобразувател през двата полупериода , а също така и за защита от пробив на изправит. Диод Д1 по време на обратната полувълна.
При измерване на променлив ток i=imsinwt отклонението на подвижната част ще се определи не от моментната , а от средната стойност на двигателния момент
Като се вземе предвид че последния интеграл умножен MDAV=(1/T)oT|MDt|dt=(o/T)0Tidt по 2/Т е равен на средната стойност на изправения променлив ток IAV , записваме:
,т.е в случая постоянната съставка на тока през MDAV=0I0=0IAV/2 механизма е равна на половината от изправения ток. При установено отклонение MD=|MC| се получава : =0IAV/2W=SIIAV/2
Детекторните уреди се градуират в ефективна стойност на тока при синусоидален режим , т.е. за Кф=1,11 . Ако токът не е синусен , неговата ефективна стойност ще се получи , като се умножи отчетената стойност с Кф/1,11 , където Кф е действителният коеф. На формата на тока .Допълнителната грешка от промяната на коефиц. На формата може да достигне до 10-12%.
На фиг.5 е показана схема на детекторни милиамперметри с двуполупериодни изправителни преобразуватели .
В първата схема , наречена мостова схема на Герц , през единия полупериод пропускат ток диодите Д1 и Д3 , а през другия – Д2 и Д4. По такъв начин и свете полувълни преминават през механизма ИМ еднопосочно . Двигателния момент ще бъде два пъти по-голям , а установеното отклонение ще се определя с израза : =SIIAV=SII/1,11 , т.е. двуполупериодната схема има сва пъти по-голяма чувствителност от еднополупериодната .
Трябва да се има предвид , че тук =(0/W)ET/(rT+rV)=SIkI2 напрежителния пад в разпределен м/у два диода , което при малки входни напрежения може да доведе до попадане в нелинейната част от V-A характеристика на диодите и силно намаляване на коеф. на изправяне КИ .
В детекторните волтметри последователно на разгледаните милиамперметри се включва допълнителен резистор , а в амперметрите успоредно на милиамперметъра се вклюва и шунт .Широко практическо приложение намират комбинираните многообхватни детекторни уреди за постоянни и променливи токове и напрежения (авометри).
Полупроводниковите диоди имат голям срок на служба ,малки размери и позволяват конструирането на компактни и надежни детекторни уреди .Нелинейността на V-A характеристика и нестабилността във времето водят обаче до влошаване на техните метрологични качества. Класът им на точност обикновено е 1,5-2,5. Честотната им област е ограничена до 10-20 kHz и рядко до 50 kHz поради влияние на собствения капацитет на диодите.
Термоелектрически измервателни уреди
Термоелктр-те уреди
Представляват съчетание на термоел.измервателен преобразувател с магнитоелектрически миливолтметър.
Т  яхното символично означение е :
Основните метрологични и експлоатационни свойства на уредите се определят от термоелектрически преобразувател, в който се осъществява двукратно преобразуване : на ел.ток в топлина и на топлината в постоянно Е.Д.Н. ET .
Първото преобразуване се осъществява в нагревателя 1 в съответствие със закона на Джаул-Ленц; отделеното количество топлина за единица време е пропорционално на квадрата от ефективната стойност на протичащия ток .Второто преобразуване се осъществява с термодвойката 2 .Ако се приеме , че за даден температурен интервал нейната функция на преобразуване е линейна , функцията на преобраз. На термоелектрическия преобразувател ще бъде :
ET=kTI2 За уравнението на скалата се намира : , където rT и rV са съпротивленията съответно на термодвойката и миливолтметъра , а К е коефициентът на пропорционалност.
Т ези електромеханични измервателни уреди имат ограничено разпространение в практиката . Основното им предимство е , че служат за измерване на ефективната стойност на променливите токове независимо от формата им и в широка честотна област – до 20-100MHz. Съществен недостатък е малката им претоваряемост и значителната им собствена консумация.
15 Индукционни измерва-телни преобразуватели.
Двигателният момент в индукционните механизми се дължи на взаимодействието между променливи магнитни потоци и индуктираните от тях вихрови токове в подвижната част. В зависимост от броя на магнитните потоци механизмите биват еднопоточни и многопоточни. Еднопоточните имат малък двигателен момент, не намират практическо приложение. Многопоточните са получили по-голямо разпространение главно като главно интегриращи уреди-електромери.
П ринцип на действие:върху магнитопровода(долния) е навита бобина с малък брой навивки от проводник с голямо сечение, през която минава тока(I) на консуматора(К). Това е токовия електромагнит на механизма. Напрежителният електромагнит се състои от бобина с голям брой навивки от тънък проводник (горната бобина), към която се подава напрежението на консуматора. Електромагнитите създават работните магнитни потоци ФI и ФU, като потока ФI пронизва диска на 2 места, а ФU се затваря през противополюса. През магнитопровода (горния) се затваря и неработния магнитен поток ФUL , който е няколко пъти по-голям от потока ФU , както и неизбежния поток на разсейване ФUS. Потока ФUL се създава за да се постигне дефазиране на работния поток ФU спрямо напрежението U на ъгъл по голям от /2, което е необходимо условие за правилната работа на индукционните електромери. Двигателният момент MD възниква при взаимодействието на потоците ФI и ФU с вихровите токове, които те възбуждат по индукционен път в диска. На основата на запасената електромагнитна енергия в механизма за двигателния момент се намира MD=cD* ФI* ФU *f*sin, където е ъгълът между потоците ФI и ФU, f – честотата на потоците, cD – геометрична константа. В механизмите за електромери съпротивителният момент се дължи на взаимодействието на потока ФM на постоянния магнит с вихровите токове, които той възбужда във въртящият се диск. Вихровите токове възникват в следствие пресичане на магнитните силови линии на потока ФM от радиалните нишки на диска. Съпротивителният момент MC =-cc*=-cc*d/dt, - честота на въртене на диска, cc – геометрична константа. В установен режим е изпълнено равенството MD+ MC =0, откъдето се намира cc*d/dt= MD, или след интегриране за интервал от време от t1 до t2 cc* = , N- брой обороти за време t=t2-t1. Тогава функцията за преобразуване на индукционните интегриращи механизми се получава окончателно N= cc. Токовата и напрежителната бобина на електромерите се свързват както неподвижната и подвижната бобини на ватметрите. За извеждане на основните съотношения при тях е удобно да се използва векторна диаграма.
За построяването й е взето под внимание, че магнитните потоци ФU, ФUL и ФI причиняват енергийни загуби в магнитопроводите и диска през които преминават. Поради това те изостават по фаза спрямо токовете, които ги възбуждат – толкова повече, колкото са по-големи загубите. Тъй като въздушните междини на магнитопроводите са значителни, може да се приеме, че ФU =cU*IU, ФI=cI*I, където cU и cI са коефициенти на пропорционалност. Въз основа на изразите за ФU и ФI и като се отчете от векторната диаграма ъгълът между двата потока, то MD= *f*IU*I*sin(-I-), където c’= cU* cI . Като се вземе пред вид, че IU=U/ =U\2f, то тогава MD=c’’*U*I*sin(-I-). Ъгълът (-I )-трябва да бъде /2. При чисто индуктивен товар на електромера, подвижната част не трябва да се движи. Индуктивен товар се задава като U=220V, I=5A, откъдето =1. Ако електромера даде нулев потенциал, то имаме чисто индуктивен или капацитивен товар. Установяването на става чрез пластина. Тези регулирания са важни и се изискват от стандартите, но не указват съществено влияние върху грешката на електромера. Проверка на електромерите се прави при натоварване с номинален товар - cos=0,5.
16 Компенсационният метод е сравнителен нулев метод, при които се извършва пряко сравняване на две независими една от друга еднородни енергиини величини (напреже-ния или токове), едната от които е регулируема и известна, а другата- измеваната.
Р егулируемото напрежение Ек обикновенно представлява пегулируем напрежителен пад Uк, получен в/у известно съпротивление Rк при протичане на известен ток, наре-чен работен ток Ip => Ex=Uк= =IpRк. Характерна особеност на метода е че при равновесие през източника на Еx не протича ток, поради което се измерва точно неговото електродвижещо напрежение и вътрешното му съпротивление не влияе в/у из-мерването. Чрез комп. Метод се реализира идеален измервателен процес , при които не се консумира енергия от източника на измерваната величина. Този метод е особено подходящ при измерването на електродвижещти напрежения на малкомощни из-точници. Друга особеност на метода е че съпротивлението на съединителните проводнци в компенсационната верига не оказва влияние в/у резултата, тъи като при компенсация през тях не протича ток. Така могат да се измеват напрежения на отда-лечени източници. Чрез компенсационния метод могат да се измерват не само елекрто-движещи напрежения а и напрежителни падове и с това косвено да се измерват съпротивления, токове мощности. На основата на компенсационния метод са създадени уредите компенсатори, чрез които се отчита непосредствено стоиността на измерваното напрежение. При Ip=const компенсационното съпротивление Rк може да се градуира непосредствено в единици за напрежение.В съвременните компенсатори Ip=10- A където n е цяло положително число(n=3, n=4).
Работния ток се настроива чрез реостата R при положение 1 на ключа K1 до нулево показание на индикатора НИ. Напреженeто EN се компенсира от напрежителния пад в/у резисторите RN и rN, които са оразмерени предварително при зададен работен ток по израза: RN +rN=EN/IP
Променливият резистор rN служи за температурна корекция на електродвижещото на-прежение EN и скалата му е градуирана пряко в стойности на EN. Е.д.н. Ex се из-мерва при положение 2 на ключа K1, като ново равновесие се постига чрез регу-лиране на RK. Във веригата на нулевия индикатор НИ е включен баластен резистор Rб, които може да се шунтира от ключа K2. Чрез Rб се предпазва нормалния елемент от поляризация и се намалява чувствителността на НИ в началния етап на компенсиране, когато схемата е силно разбалансирана. Има няколко различни начина за създаване на регулируемо компенсиращо напрежение: чрез делители на напрежение с шунтираши декади, двоини декади , мостови схеми и чрез сумиране на токове.
К омпенсатор с двоини декади, с четириразредно отчитане на комп. напрежение от четирите декади Д1,Д2,Д3 и Д4 като дека-дите Д2 и Д3 са двойни. С придвижване на декадните прев-ключватели се изменя комп. съпротивление, а съпротивлението във веригата на работния ток остава постоянно. По същия начин могат да се осъществят компенсатори с повече двоини декади и да се осигури пет или шестзначно отчитане на измерваното нап-режение. ; За измерване на напрежения под 100 mV се използват нискоомни компенсатори, реализирани от две двоини декади Д1 и Д2.
Декадата Д2 има подходящи изводи към четири декадни превключвателя през които протичат съответно токовете I1 , I2 , I3 и I4. Паботния ток е Ip=10-3A като съставките му са съответно: I1=IP/1,1111 ; I2=10-1I1 ; I3=10-2I1 ; I4=10-3I1. Компенсиращото напрежение Uк е сума от на-прежителните падове на работния ток в/у дека-дата Д1 и на токовете I1,I2,I3 и I4 в/у съответните елементи от декадата Д2: Uk=Ip.r + I1.r1 + I2.r2 + I3.r3 + I4.r4 => обхатът на компенсатора ще бъде 20,111 mV. Точността на компенсаторите се определя от конструктивните грешки на използваните резистори RK ; RN ; rN. При измерването към тях се прибавя още грешката от нечувствителност на нулевия индикатор и грешката на нормалния елемент.Чувсвителността на компенсаторите при използване на магнито електрически галванометър за нулев индикатор се определя с израза: SKI=Ir/EX=1/(R’K+RX+Rr), R’K- изходно съпротижление, RX и Rr са съответно съпротивление на източника и галванометъра. Автоматични компенсатори. При тях процесът на уравновесяване е автоматизиран. Съществуват два вида (АК): с циклично уравновесяване и със следящо уравновесяване.
П ри цикличното компенсиращо напрежение Uк се разгъва линейно от 0 до Uкm и се отчита стойността му при Uк=Ex. Тези компенсатори са обикновенно цифрови. При АК със следящо уравновесяване комп. напрежение се изменя в посока, която зависи от знака на разликата U=Ex-Uк, до равновесие. Автоматичните компенсатори със следящо уравновесяване са намерили приложение като лабораторни уреди за регистриране на бавно изменящи се напрежения и като контролно-измервателни уреди за измерване и регистриране на различни неелектрически величини, преобразувани в напрежения.
Сподели с приятели: | 
