34.электростатические приборы.

Электростатические приборы применяются для измерения напряжения постоянного и переменного тока. Вращающий момент в электростатических механизмах возникает в результате взаимодействия двух систем заряженных проводников, одна из которых подвижна. Источником вращающего момента является электрическое поле. Устройство электростатического механизма приведено на рис. Неподвижная часть 1 состоит из одной или нескольких камер. Камеры образованы двумя соединенными пластинами, образующими воздушный зазор. В этот зазор входит подвижный секторообразный электрод 2. Он укреплен на оси 4, вместе с указателем 3. Под действием приложенного к электродам 1 и 2 напряжения U создается электрическое поле. Силы поля стремятся повернуть подвижную часть так, чтобы энергия электрического поля WЭ=1/2U2C была наибольшей. Успокоители – воздушные или магнитоиндукционные. Вращающий момент при постоянном напряжении M=dWЭ/dα=1/2U2dC/dα. Следовательно, выражение для угла поворота имеет вид α= U2/2W·dC/dα. Выражение показывает, что зависимость между углом отклонения и измеряемой величиной не линейная. Поэтому электродам придают такую форму, при которой зависимость dC/dα обеспечивает линейность шкалы, начиная от 15%.Вращающий момент электростатического механизма мал. Это не позволяет сделать на его базе вольтметр с пределом измерения меньше 10 В. На электростатические вольтметры почти не влияет температура, частота и форма напряжения, внешние магнитные поля. Потребляемая мощность мала, а в цепи постоянного тока, при установившемся режиме, равна нулю. Отечественная промышленность выпускает переносные и щитовые однопредельные и многопредельные электростатические вольтметры классов точности 0,5; 1,0; 1,5 на напряжения от 10 В до 300 кВ, на частоты до 10 МГц. Особенность: для расширения диапазонов электростатических вольтметров на переменном токе включаются добавочные конденсаторы СД или емкостные делители напряжения.

37.Теория мостовых схем.

Точки а, б, в, г называют вершинами моста. Участок цепи между двумя смежными вершинами называют плечи моста, а между противоположными вершинами ав и бг – диагональю. В диагональ ав включен источник питания. Ее называют входной. Другая диагональ – бг содержит нагрузку Z0. Ее называют выходной. Эта диагональ напоминает мостик, переброшенный между ветвями электрической цепи. Отсюда и возникло название «мостовой» схемы. Режим работы моста при котором ток выходной диагонали I0 равен нулю называют уравновешенным. Такой режим возможен когда потенциалы вершин б и г равны между собой. Это означает, что падения напряжения на первом и третьем плечах одинаковы. Одинаковы и падения напряжения на втором и четвертом плечах моста. Значит можно записать: i1·Z1=i2·Z2 Так как ток диагонали бг –i0 равен нулю, то очевидно, что i1=i2, i3=i4. Разделим почленно -получим условие равновесия одинарного моста: Z1/Z2=Z3/Z4 или аналогичное ему условие Z1Z4=Z2Z3 Следовательно φ1+φ4=φ2+φ3. Условие задает распределение характера сопротивлений плеч в режиме равновесия. условие равновесия моста имеет вид R1R4=R2R3. Равенство показывает возможность подключения объекта в любое из плеч моста с последующим вычислением его сопротивления. Мосты, в которых измеряемую величину определяют по значению тока или напряжения выходной диагонали называют неуравновешенными. Важной характеристикой моста является его чувствительность. В общем случае она определяется отношением приращений выходной и измеряемой величин вблизи равновесия SM=ΔY/ΔX. В мостах переменного тока обычно используют нуль – индикаторы. Они имеют практически бесконечное сопротивление. Поэтому чувствительность мостов переменного тока определяют по напряжению. Для мостов постоянного тока чувствительность можно определить по току, напряжению и мощности S =ΔI/ΔR1=ΔU/ΔR1=ΔP/ΔR1. где ΔI, ΔU, ΔP соответственно приращение тока, напряжения и мощности в диагонали моста при изменении сопротивления плеча на ΔR1. Погрешности измерительных мостов определяются рядом причин. В уравновешенных мостах источниками погрешностей являются: 1.несоответствие параметров плеч моста (R,L,C) их номинальным значениям; 2.конечное значение чувствительности к измеряемому параметру (порог чувствительности); 3.не учитываемые сопротивления соединительных проводов, изоляции, емкостные связи; 4.помехи, обусловленные действием внешних электрических и магнитных полей.R1H= R1H(1+δ1),где δ1=δ2+δ3-δ4 - относительная погрешность результата измерения, обусловленная погрешностью эл-ов схемы моста. δR=α-βX1/R1- погрешность измерения активного сопротивления; δX=α+βR1/X1- погр-ть измерения реактивного сопротивления. Погрешность, вызванная недостаточной чувствительностью моста, определяется порогом чувствительности сравнивающего устройства. На сигнал ниже порога чувствительности нуль – индикатор не реагирует. Поэтому, когда на диагонали моста действует напряжение порога, нуль – индикатор показывает нулевой уровень. Возникает погрешность измерения. Однако ее значение может быть на порядок меньше, погрешности, обусловленной неточностью сопротивлений, и ею пренебрегают.Таким образом, в качестве критерия минимально допустимой чувствительности измерительного моста можно принять следующее условие: изменение измеряемого сопротивления на значение, соответствующее классу точности моста должно вызвать заметное (на одно деление шкалы) отклонение указателя гальванометра.

36.Амперметры и вольтметры термоэлектрической системы.

Такие приборы представляют собой сочетание магнитоэлектрического измерительного механизма и термоэлектрического преобразователя. На рис. приведена схема термоэлектрического амперметра. В этой схеме 1 – термопара, 2 – нагреватель. Температура нагревателя определяется силой тока, протекающего через него. С увеличением температуры нагревателя на выходе термопары 1 возникает термо - ЭДС, а в цепи измерительного механизма ток IИ. Термо – ЭДС термопреобразователя пропорциональна количеству теплоты выделяемой нагревателем. Количество теплоты пропорционально квадрату действующего тока I2X. Ток в цепи измерительного механизма IИ=Е/RИ, где Е – термо – ЭДС, RИ – сопротивление цепи катушки измерительного механизма. В результате показания термоэлектрического прибора должны быть пропорциональны квадрату действующего значения измеряемого тока. Реально квадратичный характер шкалы проявляется только в начальной её части. Он исчезает с увеличением тепловых потерь нагревателя при возрастании тока. Теплота, выделяемая током в нагревателе, не зависит от частоты в широких пределах. Поэтому, термоэлектрические приборы применяются как на постоянном токе, так и в области радиочастот. Для расширения пределов измерений термоэлектрических амперметров в сторону малых токов (150-300 мА) применяют вакуумные термопреобразователи. В них нагреватель и термопара помещаются в стеклянную колбу, в которой создано разрежение. При этом уменьшаются потери на теплоотдачу в окружающую среду, увеличивается чувствительность прибора. В термоэлектрических микроамперметрах используют вакуумные термопреобразователи с усилителями постоянного тока. Расширение диапазона измерений до 1 А достигается разделением общего интервала на несколько диапазонов с выделением отдельных термопреобразователей на каждый диапазон. Дальнейшее расширение диапазона измерения достигается применением высокочастотных измерительных трансформаторов тока. В термоэлектрических вольтметрах расширение диапазона измерений достигается включением добавочных резисторов последовательно с нагревателем. Достоинства приборов: достаточно высокая точность измерений в широком диапазоне частот; независимость показаний от формы сигнала. Современные термопреобразователи применяют в диапазоне от 0 до100 МГц. Однако на частотах 5:10 МГц частотная погрешность может достигать 5:10%. Это объясняется увеличением сопротивления нагревателя за счет поверхностного эффекта, а также уменьшением сопротивления собственной емкости нагревателя. В результате, на высоких частотах, часть измеряемого тока протекает через собственную емкость, минуя нагреватель.Частотная погрешность у термоэлектрических вольтметров дополнительно увеличивается за счет влияния реактивностей добавочного резистора.К недостаткам термоэлектрических приборов относятся: малая перегрузочная способность, ограниченный срок службы термопреобразователей, зависимость показаний от температуры окружающей среды, значительное собственное потребление мощности.Промышленность выпускает приборы для измерения токов от 100 мкА до 100 А, напряжений от 150 мВ до 600 В в диапазоне частот до 50 МГц. Класс точности 1,0 и 1,5.