Tüm elektriksel ölçüm cihazları çalışma prensibine göre elektromanyetik, manyetoelektrik, elektrodinamik, termal ve elektrostatik olarak ayrılmıştır. Çoğu elektrikli ölçüm cihazında akımın, voltajın, direncin ve gücün ölçülmesi, iletkenin manyetik alanıyla etkileşiminin sonuçlarına veya akım geçtiğinde ısınması nedeniyle iletkenin uzamasına bağlı olarak akımın gücünün belirlenmesine indirgenir. .
Böylece elektromanyetik cihazların çalışma prensibi Şekil 2'den anlaşılabilir. 175, A.Ölçülen akımı yumuşak çelikten yapılmış bobin 1 çekirdeğinden geçirirken 2 ok döndürülerek makaraya çekilecektir 3, çekirdeğe bağlı bir eksen üzerinde oturuyor. İğnenin sapması, ölçekteki ölçüm değerini buna göre derecelendirilmiş olarak gösterecektir. Hava freni 4 (damper) ibrenin titreşimlerini sakinleştirmeye yarar. Elektromanyetik aletler hem alternatif hem de doğru akım devrelerinde ölçümler için kullanılabilir.
Manyetoelektrik cihazların çalışma prensibi Şekil 2'den kolaylıkla anlaşılmaktadır. 175, b; elektrik motorunun çalışma prensibine benzer. Ölçülen akım, kalıcı bir mıknatısın kutupları arasına yerleştirilen bir çerçeveden (birkaç tur yalıtılmış tel) geçirildiğinde, bunların manyetik alanları etkileşime girer ve hem çerçeve hem de onunla aynı eksen üzerinde oturan ok belirli bir açıyla döner, akım veya voltajla orantılıdır. Bu cihazlar doğru okumalar verir, ancak ek cihazlar olmadan küçük değerleri ölçmek için ve yalnızca doğru akım için kullanılabilirler.
Elektrodinamik cihazlarda, manyetoelektrik cihazlardan farklı olarak, çerçevenin döndüğü manyetik alan, kalıcı bir mıknatıs tarafından değil, akımlı bir bobin tarafından oluşturulur. Bu cihazlar (Şek. 175, V)İki bobin vardır: sabit 1 ve hareketli II (çerçeve oka sağlam bir şekilde bağlanmıştır). İncirde. 175, V sağda akımı ölçerken bobinlerin nasıl bağlandığını gösteren bir şema bulunmaktadır. Ölçülen akım bobinlerden geçtiğinde alanları etkileşime girer, bunun sonucunda ibreyle ilişkili hareketli bobin saptırılır ve okuma buna göre derecelendirilmiş bir ölçekte alınır. Bu cihazlar alternatif ve doğru akımı ölçmek için kullanılır.
Termal cihazların çalışma prensibi, ölçülen akımla ısıtılan iletkenlerin uzamasına dayanmaktadır. Hem doğru hem de alternatif akım için kullanılabilirler.
Elektrostatik cihazlar, kapasitör plakaları arasındaki karşılıklı çekim kuvvetiyle bir devredeki voltajı ölçer.
Tüm elektriksel ölçüm cihazları, ölçüm sırasında elde edilen hatalara (hatalara) bağlı olarak doğruluk sınıfına bölünür. Rusya'da yedi sınıfa ait cihazlar üretilmektedir:
0,1; 0,2; 0,5; 1; 1.5; 2.5 ve 4. Rakamlar cihazın doğruluk sınıfını gösterir ve maksimum temel mutlak hatanın, bu cihaz tarafından ölçülen değerin maksimum değerine yüzde oranı anlamına gelir.
Aşağıdaki cihazlar gemilerde yaygın olarak kullanılmaktadır:
1) devredeki akımı ölçmek için - devreye seri olarak bağlanan ampermetreler;
2) devredeki akım voltajını ölçmek için - voltajın ölçüldüğü uçlara paralel olarak bağlanan voltmetreler;
3) devrenin bir bölümünün direncini ölçmek için - ohmmetreler;
4) gücü ölçmek için - wattmetreler.
Doğru akımda güç, devreye bağlı bir ampermetre ve voltmetre kullanılarak ölçülür (Şekil 176, a). Bu cihazların herhangi bir andaki okumalarının çarpımı, gücü watt cinsinden verecektir. Wattmetreler, özel olarak kalibre edilmiş bir ölçekte güç miktarını watt cinsinden görüntüler. Wattmetreyi ağa bağlama şeması Şekil 2'de gösterilmektedir. 176, B.Ölçme aletleri.
Elektriğin çalışmasıyla ilgili en tehlikeli faktörlerden biri, bir devrede akımın varlığının ancak onun etkisi altında kalarak belirlenebilmesidir; ona dokunmak. Bu ana kadar elektrik akımı hiçbir şekilde varlığını belirtmez. Bu davranış, onu tespit etme ve ölçme konusunda acil bir ihtiyaç yaratır. Elektriğin manyetik doğasını bildiğimizden, yalnızca akımın varlığını/yokluğunu belirlemekle kalmıyor, aynı zamanda ölçebiliyoruz.
Elektriksel büyüklükleri ölçmek için birçok alet vardır. Birçoğunun mıknatıs sargısı var. Sargıdan akan akım, manyetik bir alanı harekete geçirir ve cihazın iğnesini saptırır. Akım ne kadar güçlü olursa iğne o kadar sapar. Daha fazla ölçüm doğruluğu için, okun görünümünün ölçüm paneline dik olmasını sağlayacak şekilde bir ayna ölçeği kullanılır.
Akımı ölçmek için ampermetre kullanılır. Devreye seri olarak bağlanır. Değeri nominal değerden büyük olan bir akımı ölçmek için cihazın hassasiyeti bir şönt (güçlü direnç) ile azaltılır.
Gerilim bir voltmetre ile ölçülür; devreye paralel bağlanır.
Hem akımı hem de voltajı ölçen birleşik cihaza avometre denir.
Direnci ölçmek için bir ohmmetre veya megohmmetre kullanın. Bu cihazlar genellikle açık devreyi bulmak veya bütünlüğünü doğrulamak için devreyi çalar.
Ölçme cihazları periyodik testlerden geçmelidir.
Büyük işletmelerde bu amaçlar için özel olarak ölçüm laboratuvarları oluşturulmuştur. Laboratuvar, cihazı test ettikten sonra ön tarafına işaretini koyar. Bir işaretin varlığı, cihazın çalışır durumda olduğunu, kabul edilebilir ölçüm doğruluğuna (hata) sahip olduğunu ve düzgün çalışması durumunda, bir sonraki doğrulamaya kadar okumalarına güvenilebileceğini gösterir.
Elektrik sayacı aynı zamanda kullanılan elektriği ölçme işlevine de sahip olan bir ölçüm cihazıdır. Tezgahın çalışma prensibi, tasarımı gibi son derece basittir. Sayılarla tekerleklere bağlanan dişli kutusuyla geleneksel bir elektrik motoruna sahiptir. Devredeki akım arttıkça motor daha hızlı döner ve sayılar daha hızlı hareket eder.
Günlük yaşamda profesyonel ölçüm ekipmanları kullanmıyoruz ancak çok hassas ölçümlere gerek olmadığı için bu çok da önemli değil.
Bölüm VI
ELEKTRİKLİ ALETLER VE ÖLÇÜMLER
§ 67. Genel bilgiler
Elektrikli ölçüm cihazları çeşitli elektriksel büyüklükleri ölçmek için kullanılır: akım, voltaj, direnç, güç, enerjinin yanı sıra sıcaklık, basınç, nem, hız, sıvı seviyesi, malzeme kalınlığı vb. gibi elektriksel olmayan birçok nicelik.
Kesinlikle doğru cihazların bulunmaması nedeniyle, elektrikli ölçüm cihazlarının okumaları, ölçülen değerlerin gerçek değerinden biraz farklıdır.
Bir büyüklüğün ölçülen değeri ile gerçek değeri arasındaki farka ne denir cihazın mutlak hatası. Örneğin devredeki akım BEN = 10 A ve bu devreye bağlı ampermetre şunu gösterir: BEN birim = 9,85 A, bu durumda alet okumasının mutlak hatası
Δ bir = benölçü - BEN = 9,85 - 10 = -0,15 A. (94)
Azaltılmış cihaz hatasıγ pr'ye mutlak hatanın oranı denir Δ A en büyük değere A Belirli bir alet ölçeğiyle ölçülebilen maksimum değer:
Bir cihazın normal çalışma koşulları altında (20° C sıcaklık, cihazın yakınında ferromanyetik kütlelerin bulunmaması, terazinin normal çalışma konumu vb.) azaltılmış hatasına denir. ana cihaz hatası.
Örnek. Akım gücünü ölçerken izin verin BEN = 4 A normal şartlarda 0 - 10 arası bir ampermetre kullanıyorduk A ve devredeki akımın 4.1 olduğunu gösterdi A. Cihazın doğruluğunu karakterize eden temel (azaltılmış) hatasını hesaplayın.
Çözüm .
İzin verilen temel hataya bağlı olarak elektrikli ölçüm cihazları sekiz doğruluk sınıfına ayrılır: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1; 1.5; 2.5; 4.
Doğruluk sınıfı numarası, izin verilen temel (azaltılmış) hatanın değerini gösterir Δ A Hatanın işaretine bakılmaksızın cihazın maksimum yüzdesi.
Doğruluk sınıfı
Doğruluk sınıfı daha küçük bir sayı ile ifade edilen bir cihaz, ölçümleri daha yüksek doğrulukta yapmanızı sağlar.
Cihazın doğruluk sınıfını ve cihazın belirli bir ölçeğiyle ölçülebilecek miktarın en büyük değerini bilerek, gerçekleştirilen ölçümün mümkün olan en büyük mutlak hatasını belirleyebilirsiniz:
Örnek. Bu ampermetre ile ölçülebilecek maksimum akımın 15 olduğunu varsayalım. A ve cihazın doğruluk sınıfı İLE = 4.
Terazinin herhangi bir noktasında ölçüm yaparken mümkün olan en büyük mutlak hatayı belirleyin.
Çözüm .
Ölçülen değer, cihazın ölçebileceği en büyük değere ne kadar yakınsa, diğer her şey eşit olduğunda bağıl hata o kadar küçük olur. Ölçümü gerçekleştirecek cihazın ölçüm limiti seçilirken bu durum dikkate alınmalıdır.
Elektrikli ölçüm cihazları, ölçülen büyüklüğün türüne, çalışma prensibine, doğruluk derecesine ve ölçülen akımın türüne göre sınıflandırılır, ayrıca operasyonel gruplara ayrılır.
Ölçülen değerin türüne göre aletler ampermetreler, voltmetreler, ohmmetreler, wattmetreler, sayaçlar, elektrikli termometreler, elektrikli takometreler (dakikadaki devir sayısını ölçen) vb. olarak ayrılır.
Ölçme mekanizmasının çalışma prensibine göre cihazlar aşağıdaki sistemlerden olabilir: elektromanyetik, manyetoelektrik, elektrodinamik, ferrodinamik, indüksiyon, doğrultucu, termoelektrik, elektronik, titreşim ve elektrostatik.
Aletler ölçmek üzere tasarlandıkları akımın türüne bağlı olarak alternatif akımı, doğru akımı ölçen aletler ve alternatif ve doğru akımları ölçen aletlere ayrılırlar.
Üç ana operasyonel gruptan cihazlar üretiyorlar: A, B Ve İÇİNDE. Farklı çalışma gruplarına ait elektriksel ölçüm cihazlarının sembolleri tabloda verilmiştir. 7.
Her elektrikli ölçüm cihazının ölçeğinde, semboller cihazın tasarımı ve çalışması hakkında gerekli bilgileri gösterir. Örneğin, voltmetre ölçeğinde (Şekil 79) şu belirtilir: elektromanyetik sistemin voltmetresi (V); 0 ila 250 aralığında alternatif voltajı (~) ölçmek için tasarlanmıştır V; voltajı ölçerken cihaz dikey olarak kurulmalıdır (⊥); izolasyon test edilmiş voltaj 2 KV; doğruluk sınıfı 1.5; seri numarası 5140; üretim yılı 1966; operasyonel grup.
Elektrik tesisatlarının doğru çalışmasını izlemek, test etmek, elektrik devrelerinin parametrelerini belirlemek, tüketilen elektrik enerjisini hesaba katmak vb. için çeşitli elektriksel ölçümler yapılır. Yüksek akım teknolojisinde olduğu gibi iletişim teknolojisinde de elektriksel ölçümler önemlidir. Çeşitli elektriksel büyüklüklerin ölçüldüğü cihazlara: akım, voltaj, direnç, güç vb. elektriksel ölçüm cihazları denir.
Çok sayıda farklı elektriksel ölçüm cihazı vardır. Elektriksel ölçümlerin üretiminde en yaygın kullanılanlar şunlardır: ampermetreler, voltmetreler, galvanometreler, wattmetreler, elektrik sayaçları, faz ölçerler, faz göstergeleri, senkronoskoplar, frekans ölçerler, ohmmetreler, megohmmetreler, toprak direnci ölçerler, kapasitans ve endüktans ölçerler, osiloskoplar, ölçüm cihazları köprüler, kombine aletler ve ölçüm kitleri.
Elektrik ölçüm kiti K540 (bir voltmetre, ampermetre ve wattmetre içerir):
Elektrikli ölçüm cihazlarının çalışma prensibine göre sınıflandırılması
Çalışma prensibine göre elektrikli ölçüm cihazları aşağıdaki ana tiplere ayrılır:
1. Manyetoelektrik sistem cihazları Bir bobinin akımla ve kalıcı bir mıknatıs tarafından oluşturulan harici bir manyetik alanla etkileşimi ilkesine dayanır.
2. P elektrodinamik sistem cihazları Biri sabit, diğeri hareketli iki bobinin akımlarla elektrodinamik etkileşimi ilkesine dayanır.
3. Elektromanyetik sistem cihazları Sabit bir bobinin manyetik alanı ile akım arasındaki etkileşim ilkesini ve bu alan tarafından mıknatıslanan hareketli bir demir plakayı kullanır.
4. Termal ölçüm cihazları elektrik akımının termal etkisini kullanarak. Akımla ısıtılan tel uzar, sarkar ve bunun sonucunda cihazın hareketli kısmı bir yayın etkisi altında dönebilir, bu da telde ortaya çıkan gevşekliği ortadan kaldırır.
5. İndüksiyon sistemi cihazları Dönen bir manyetik alanın, hareketli bir metal silindirde bu alan tarafından indüklenen akımlarla etkileşimi ilkesine dayanır.
6. Elektrostatik sistem cihazları Zıt elektrik yükleriyle yüklenen hareketli ve sabit metal plakalar arasındaki etkileşim ilkesine dayanmaktadır.
7. Termoelektrik sistem cihazları Bunlar, bir termokuplun bazı hassas cihazlarla, örneğin bir manyetoelektrik sistemle birleşimidir. Termokupldan geçen ölçülen akım, manyetoelektrik cihazı etkileyen bir termo akımın ortaya çıkmasına katkıda bulunur.
8. Titreşim sistemi cihazları Titreşen cisimlerin mekanik rezonansı prensibine dayanmaktadır. Belirli bir akım frekansında, elektromıknatısın armatürü en yoğun şekilde titrer, kendi salınımlarının periyodu, uygulanan salınımların periyoduyla çakışır.
9.
Elektronik ölçüm aletleri- Ölçüm devreleri elektronik elemanlar içeren cihazlar. Hemen hemen tüm elektriksel büyüklüklerin yanı sıra daha önce elektriksel olanlara dönüştürülmüş elektrik olmayan nicelikleri ölçmek için kullanılırlar.
Okuma cihazının türüne göre analog ve dijital cihazlar ayırt edilir. Analog cihazlarda ölçülen büyüklük veya buna orantı, okuma cihazının bulunduğu hareketli parçanın konumunu doğrudan etkiler. Dijital cihazlarda hareketli parça yoktur ve ölçülen veya orantılı olan miktar, dijital bir gösterge tarafından kaydedilen sayısal eşdeğere dönüştürülür.
Çoğu elektriksel ölçüm mekanizmasının hareketli kısmının sapması, bobinlerindeki akım değerlerine bağlıdır. Ancak mekanizmanın, akımın doğrudan fonksiyonu olmayan bir miktarı (direnç, endüktans, kapasitans, faz kayması, frekans vb.) ölçmeye hizmet etmesi gerektiği durumlarda, ortaya çıkan torku ölçülen miktara bağlı hale getirmek gerekir ve voltaj güç kaynağından bağımsız.
Bu tür ölçümler için, hareketli parçanın sapması yalnızca iki bobinindeki akımların oranı ile belirlenen ve değerlerine bağlı olmayan bir mekanizma kullanılır. Bu genel prensibe göre yapılmış aletlere oran ölçer denir. Karakteristik bir özelliğe sahip herhangi bir elektrikli ölçüm sisteminin oranmetrik mekanizmasını oluşturmak mümkündür - yayların veya desteklerin bükülmesiyle oluşturulan mekanik bir karşı etki momentinin bulunmaması.
Aşağıdaki şekillerde elektrikli ölçüm cihazlarının sembolleri çalışma prensibine göre gösterilmektedir.
Cihazın çalışma prensibinin belirlenmesi
Ölçülebilir büyüklük türüne göre elektrikli ölçüm cihazlarının sınıflandırılması
Elektrikli ölçüm cihazları aynı zamanda ölçtükleri nicelik türüne göre de sınıflandırılır; çünkü aynı çalışma prensibine sahip ancak farklı büyüklükleri ölçmesi amaçlanan cihazlar, cihazın ölçeğinden bahsetmeye bile gerek yok, tasarım açısından birbirlerinden önemli ölçüde farklılık gösterebilir.
Tablo 1, en sık kullanılan elektriksel ölçüm cihazlarının sembollerinin bir listesini göstermektedir.
Tablo 1. Ölçü birimlerinin, bunların katlarının ve alt katlarının belirtilmesine örnekler
| İsim | Tanım | İsim | Tanım |
| Kiloamper | ka | Güç faktörü | çünkü φ |
| Amper | A | Reaktif güç faktörü | günah |
| Miliamper | mA | Teraom | TΩ |
| mikroamper | μA | Megaom | MΩ |
| Kilovolt | kV | Kiloom | kΩ |
| Volt | V | Ohm | Ω |
| Milivolt | mV | Miliohm | mΩ |
| megawatt | M.W. | Mikro | μΩ |
| Kilovat | kW | Milyonber | mWb |
| Watt | K | Mikrofarad | mF |
| Büyük savaş | MVAR | Pikofarad | pF |
| Kilovar | kVAR | Henry | H |
| Var | VAR | Millihenry | mH |
| Megahertz | MHz | Mikrohenry | μ H |
| KHz | kHz | Derece santigrat sıcaklık ölçeği | oC |
| Hertz | Hz. | ||
| Faz açısı dereceleri | φ o |
Elektrikli ölçüm cihazlarının doğruluk derecesine göre sınıflandırılması
Bir cihazın mutlak hatası, cihazın okuduğu değer ile ölçülen değerin gerçek değeri arasındaki farktır.
Örneğin bir ampermetrenin mutlak hatası
δ = ben - ben e,
Eğer I >I e, o zaman cihazın mutlak hatası pozitiftir ve ne zaman BENnegatif çıktı.
Cihaz düzeltmesi, ölçülen değerin gerçek değerini elde etmek için cihaz okumalarına eklenmesi gereken bir değerdir.
ben e = ben - δ = ben + (-δ)
Bu nedenle cihazın düzeltmesi p değeridir. cihazın mutlak hatasına eşit, ancak işaret olarak zıt. Örneğin ampermetre 1 = 5 A gösteriyorsa ve cihazın mutlak hatası δ =0,1 a ise ölçülen büyüklüğün gerçek değeri I = 5+ (-0,1) = 4,9 a olur.
Bir cihazın azaltılmış hatası, mutlak hatanın cihaz göstergesinin mümkün olan en büyük sapmasına (cihazın nominal okuması) oranıdır.
Örneğin bir ampermetre için
β = (δ/In) %100 = ((I - Yani )/In) %100
Nerede β - yüzde olarak azaltılmış hata, In - cihazın nominal okuması.
Cihazın doğruluğu, maksimum azaltılmış hatanın değeri ile karakterize edilir. GOST 8.401-80'e göre cihazlar doğruluk derecelerine göre 9'a bölünmüştür notlar: 0,02, 0,05, 0,1, 0,2, 0,5, 1,0, 1,5, 2,5 ve 4,0. Örneğin, bu cihazın doğruluk sınıfı 1,5 ise, bu onun maksimum azaltılmış hatasının %1,5 olduğu anlamına gelir.
En doğru olanı 0,02, 0,05, 0,1 ve 0,2 doğruluk sınıflarına sahip elektriksel ölçüm cihazları, çok yüksek ölçüm doğruluğunun gerekli olduğu yerlerde kullanılır. Cihazın %4'ün üzerinde belirli bir hatası varsa, ders dışı olarak kabul edilir.
Ölçüm cihazının hassasiyeti ve sabiti
Bir cihazın hassasiyeti, cihaz işaretçisinin açısal veya doğrusal hareketinin ölçülen değerin birimi başına oranıdır. Eğer ise duyarlılığı tüm ölçek boyunca aynıdır.
Örneğin, tek tip ölçeğe sahip bir ampermetrenin hassasiyeti aşağıdaki formülle belirlenir:
S= Δα/ΔI ,
Nerede S- ampermetrenin amper başına bölüm cinsinden duyarlılığı, Δ BEN - amper veya miliamper cinsinden akım artışı, Δα - cihaz göstergesinin açısal hareketindeki derece veya milimetre cinsinden artış.
Cihazın ölçeği eşit değilse, o zaman cihazın ölçeğin farklı alanlarındaki hassasiyeti farklıdır, çünkü aynı artış (örneğin akım), cihaz göstergesinin farklı açısal veya doğrusal hareketi artışlarına karşılık gelecektir.
Cihazın duyarlılığının tersine cihaz sabiti denir. Sonuç olarak cihazın sabiti, cihazın bölme değeri, yani ölçülen değeri elde etmek için bölmelerdeki skala okumasının çarpılması gereken değerdir.
Örneğin, cihaz sabiti 10 mA/böl (bölüm başına on miliamper) ise, bu durumda işaretçisi α = 10 bölüm saptığında ölçülen akım değeri şöyle olur: I = 10 - çeşitli kombinasyonlardaki bireysel ölçek değerlerini birbirleriyle karşılaştırarak bir dizi alet ölçeği değeri için hataların veya düzeltmelerin belirlenmesi. Karşılaştırma için ölçek değerlerinden biri esas alınır. Kalibrasyon, hassas metrolojik çalışmaların uygulanmasında yaygın olarak kullanılmaktadır.
Kalibrasyonun en basit yolu, her boyutu nominal olarak eşit (oldukça doğru olarak kabul edilen) bir boyutla karşılaştırmaktır. Bu kavram (çoğunlukla yapıldığı gibi), bir ölçüm cihazının ölçek bölümlerine yerleşik ölçüm birimlerinde ifade edilen değerlerin verildiği metrolojik bir işlem olan ölçüm cihazlarının derecelendirilmesi (derecelendirilmesi) ile karıştırılmamalıdır.
Cihazlarda güç kaybı
Elektrikli ölçüm cihazları, çalışma sırasında genellikle termal enerjiye dönüştürülen enerji tüketir. Güç kaybı devredeki moda, sisteme ve cihazın tasarımına bağlıdır.
Ölçülen güç nispeten küçükse ve bu nedenle devredeki akım veya voltaj nispeten küçükse, cihazların kendilerindeki enerji kayıplarının gücü, incelenen devrenin modunu önemli ölçüde etkileyebilir ve cihazların okumaları, oldukça büyük bir hata. Geliştirilen güçlerin nispeten küçük olduğu devrelerde doğru ölçümler yapabilmek için cihazlardaki enerji kayıplarının gücünün bilinmesi gerekmektedir.
Masada Tablo 2, çeşitli elektrikli ölçüm cihazları sistemlerinde enerjinin ortalama güç kayıplarını göstermektedir.
Sayfa 1 / 2
Çeşitli miktarları ölçmek için elektrikli aletler
Tipik olarak "ölçüm" terimi, ölçülen bir miktarı, ölçü adı verilen, bilinen boyuttaki fiziksel olarak homojen bir miktarla karşılaştırma işlemi olarak anlaşılır. Sonuç olarak ölçüm, sonucu ölçüm bilgilerinin - ölçülen miktarlar hakkında niceliksel (sayısal) bilgilerin alınması olan bir bilgi sürecidir.
Bir ölçüm cihazı, bir gözlemci (insan) tarafından doğrudan algılanabilecek bir biçimde bir ölçüm bilgisi sinyali üretmek üzere tasarlanmıştır. Okuma üretme yöntemine göre, ölçüm cihazları gösterge ve kayıt olarak ikiye ayrılır.
Kayıt cihazı, okumaları kaydetmek için bir mekanizma içerir. Cihaz okumaların diyagram şeklinde kaydedilmesini sağlıyorsa buna kaydedici denir.
Elektrikli ölçüm cihazları yalnızca elektriksel büyüklükleri (voltaj, kuvvet, frekans ve akım gücü, direnç) ölçmek için değil aynı zamanda elektriksel olmayan büyüklükleri (sıcaklık, nem, seviye, basınç vb.) ölçmek için tasarlanmıştır. Okumaları okunan elektrikli ölçüm cihazları İşaretçinin veya ışıklı işaretleyicinin düzgün bir şekilde hareket ettiği sabit bir kalibrasyon ölçeğinden analog olarak adlandırılır. Okumaları özel bir okuma cihazında dijital biçimde sunulan ve ölçülen değerde yumuşak bir değişiklikle ayrı ayrı (adımlarla) değişen aletlere dijital denir.
Analog elektriksel ölçüm cihazları, elektriksel bir miktarı hareketli bir sistemin sapmasına ve ilgili bir işaretçiye (ok) dönüştüren elektromekanik bir ölçüm mekanizmasına sahiptir. Ölçülen miktardaki elektrik enerjisinin, hareketli sistemin ve ibrenin sapmasının mekanik enerjisine dönüştürülmesi, manyetik ve elektrik alanların etkileşimi sonucu meydana gelir.
Cihazın çalışma prensibi, ölçü birimleri, doğruluk, güvenlik vb. İle ilgili tüm bilgiler cihazın ölçeğinde belirtilmiştir (Şekil 1).
Aşağıdaki semboller genellikle cihazlara uygulanır.
- Temel ölçü birimleri I: amper - A, kiloamper - kA, miliamper - tA, mikroamper - μΑ, kilovolt - kV, volt - V, milivolt - mV, kilowatt - kW, watt - W, ohm - Ω, kiloohm - κΩ, megohm - ΜΩ vb. D.
Pirinç. 1. Analog cihazın ölçeği
- Cihaz tipi. Cihaz işareti bir harf ve dört haneli bir sayıdan oluşur. Mektup, cihazın çalışma prensibini gösterir (M - manyetoelektrik, E - elektromanyetik, D - elektrodinamik, vb.).
- Akım türü. Sabit -, değişken ~, sabit ve değişken = ile gösterilir.
- Cihazın çalışma prensibi. Elektrikli ölçüm aletleri, hareketli parçayı alet ibresiyle hareket ettiren mekanik kuvvetin elde edilmesi şeklindeki fiziksel prensibe bağlı olarak birkaç ana gruba ayrılır (Tablo 1).
1. Elektrikli ölçüm cihazlarının sınıflandırılması
Cihaz adı |
Koşullu |
Fiziksel olay |
Hareketli çerçeveli manyetoelektrik |
|
Kalıcı bir mıknatısın ve bir iletkenin manyetik alanlarının akımla etkileşimi |
Doğrultuculu manyetoelektrik |
|
|
Elektromanyetik |
|
Akım taşıyan bir bobinin manyetik alanı tarafından çelik bir çekirdeğin geri çekilmesi |
Elektrodinamik |
|
İki iletkenin akımla etkileşimi |
5. Güvenlik. Beş köşeli yıldızın içinde kilovolt cinsinden test voltajı bulunur.
6. Kullanılan konum: cihazı teraziyi dikey konumda kullanın - _1_; ölçek yatay olduğunda - I 1; eğimli konumda (örneğin 60°'lik bir açıda) - Ζ 60°.
- Doğruluk sınıfı - bu cihazın sonuca getireceği hatayı karakterize eder. Ölçümlerde hatalar her zaman kaçınılmazdır. Cihaz okuması x" ile ölçülen değer x'in gerçek değeri arasındaki farka mutlak hata denir: Ax = = xn - xr. Ancak mutlak hatanın değerine dayanarak ölçümlerin doğruluğunu yargılamak zordur. Bu nedenle, cihaz hatasını belirtmek ve normalleştirmek için, mutlak hatanın mümkün olan maksimum ölçülen değere (xpr ölçümlerinin üst sınırı) oranı olan azaltılmış bağıl hata kullanılır.
Azaltılmış göreceli hata 
Cihazın doğruluk sınıfı, yüzde olarak en büyük temel azaltılmış hatayı belirler. Standarda göre analog elektriksel ölçüm cihazları doğruluk derecesine göre sınıflara ayrılmaktadır: 6; 4; 2.5; 1.5; 1.0; 0,5; 0,2; 0,1; 0,05; 0,02; 0,01 vb.
Manyetoelektrik cihaz.
Manyetoelektrik cihazın şeması Şekil 2'de gösterilmektedir. Bu cihaz, kalıcı bir mıknatıs (1) ve dikdörtgen bir alüminyum çerçeve üzerine sarılmış hareketli bir bakır tel sargısından (3) oluşur. Sargının bir ucu spiral yaya (5) ve diğeri yaya (6) bağlanır. Sargılı çerçeve, sabit bir çelik çekirdek (2) etrafında dönebilir. Çerçeve ve sarım ile birlikte eksen (4) dönebilir ve bu nedenle gösterge oku 7. 
Pirinç. 2. Manyetoelektrik bir cihazın şeması:
1 - kalıcı mıknatıs; 2 - çekirdek; 3 - sarma; 4 eksen; 5, 6 - yaylar; 7 - ok
Manyetoelektrik bir cihazda, ölçülen akım bir sargıdan geçirilir. Sonuç olarak, akım taşıyan sargı iletkenleri kendilerini kalıcı bir mıknatısın manyetik alanı içinde bulurlar. Daha sonra Ampere yasasına göre (akımlı bir iletken manyetik alandan dışarı itilir), sarımın her iletkeni üzerinde, cihazın sargısındaki akım gücüyle orantılı bir mekanik kuvvet F etki etmeye başlar. Bu kuvvetin etkisi altında, sarımlı çerçeve ve onunla birlikte ok, F kuvveti yönünde döner.
Ok döndürüldüğünde 5 ve 6 numaralı spiral yaylar bükülür ve burulma açısıyla orantılı bir karşı kuvvet oluştururlar.
Elektromanyetik sistem cihazlarını kullanarak alternatif akımı ölçme olasılığını sağlamak için, cihaza seri olarak bir doğrultucu cihaz bağlanır ve alternatif akımı doğru akıma dönüştürür. Bu tür cihazlara redresör denir.
Elektromanyetik cihaz.
Bu cihazın çalışma prensibi, düz bir bobinin manyetik alanı tarafından çekirdeğin geri çekilmesine dayanmaktadır.
Şekil 3'te gösterilen elektromanyetik ölçüm mekanizmasında, düz bir bakır tel bobini, içine bir manyetik alan (bobindeki akım) ortaya çıktığında, eksen 1 üzerine eksantrik olarak monte edilmiş elektrikli çelikten yapılmış bir çekirdek (6) içeren bir hava boşluğuna sahiptir. çizilmiş. Elektromanyetik damperin hareketli parçaları da eksen 4'e monte edilmiştir. 
Pirinç. 3. Elektromanyetik sistem cihazının şeması:
1 - bobin; 2, 3 - damper parçaları; 4 eksen; 5 - damperin kalıcı mıknatısı; 6 - çekirdek; 7,9 - okun parçaları; 8- bahar
Elektromanyetik cihazların tasarımı basittir ve hem doğru hem de alternatif akım devrelerinde çalışmaya uygundur. Ancak bu cihazların hassasiyeti ve doğruluğu nispeten düşük olduğundan, esas olarak 50 Hz endüstriyel frekansta alternatif akımla çalışan 1.5 ve 2.5 sınıf panel cihazları olarak kullanılırlar.
Elektrodinamik cihazlar.
Pirinç. 4. Elektrodinamik cihazın şeması: 
1, 2 - sabit bir bobinin parçaları; 3- hareketli bobin; 4- hava damperi
Bu cihazlar sabit ve hareketli bobinli bir ölçüm mekanizmasıyla donatılmıştır (Şekil 4). Sabit bir bobin, manyetik alanları toplanacak şekilde seri olarak bağlanan iki parçadan (bobinlerden) (1 ve 2) oluşur. Alet işaretlerini hızlı bir şekilde dengelemek için kural olarak bir hava damperi (4) takılıdır.
Akım 1 sabit bir bobinden geçerse ve akım 2 hareketli bir bobinden geçerse, cihazın hareketli sistemine etki eden mekanik kuvvet, akımların çarpımı ile orantılı olacaktır. Sonuç olarak, bir elektrodinamik cihaz hem doğru hem de alternatif akım devrelerinde elektrik akımının gücünü, voltajını ve gücünü ölçebilir.
Dijital ölçüm cihazları.
Çalışma prensibi, sürekli veya analog ölçülen değerin, değerinin bir okuma cihazında dijital biçimde görüntülendiği kod biçiminde ayrık sinyallere otomatik olarak dönüştürülmesine dayanmaktadır. Dijital araçların analog olanlara göre avantajları: okumanın rahatlığı ve doğruluğu (öznel gözlemci hatası yok); analog cihazlar için pratik olarak ulaşılamayan yüksek ölçüm doğruluğu; Ölçüm sonuçlarını belgeleme (yazdırma) ve bunları dijital kod biçiminde bir bilgisayara girme veya iletişim kanalları aracılığıyla iletme yeteneği. 
Pirinç. 5. Dijital ölçüm cihazının fonksiyonel diyagramı
Modern teknolojide, elektriksel büyüklükleri ölçmek için dijital ölçüm cihazları, esas olarak bir elektrik sinyalinin voltajını, akımını, direncini ve frekansını aynı anda ölçebilen evrensel ölçüm cihazları (multimetreler) biçiminde kullanılır.
Şekil 5, bir dijital ölçüm cihazının işlevsel diyagramını göstermektedir. İki işlevsel cihazdan oluşur: analogdan dijitale dönüştürücü (ADC) ve dijital okuma cihazı (DRO).
İLE kategori:
Isı tedavisi
Elektrikli ölçüm cihazlarının tasarımı ve çalışma prensibi
Çeşitli sistem ve amaçlara sahip cihazların hem tasarım hem de çalışma prensibi açısından pek çok ortak noktası vardır. Ana fikir, ölçülen miktarın bir veya başka bir tezahürünün, işaretçinin ölçek boyunca mekanik hareketini üreten kuvvetlere neden olmasıdır.
Her cihaz, ölçüm mekanizmasının, terazinin ve yardımcı parçaların bulunduğu bir muhafazadan oluşur.
Ölçme mekanizması hareketli bir parça ve sabit parçalardan oluşur. Hareketli parça belirli bir sınırlı açı içerisinde dönme hareketi gerçekleştirebilmektedir. Hareketli parçanın dönme açısı, ölçülen miktarın ölçüsü olarak hizmet eder.
Hareketli parçanın dönmesine neden olan kuvvete tork denir. Tork, kol başına kuvvetin çarpımına eşittir ve kilogram metre (kGm) cinsinden ölçülür. Ölçüm cihazlarında, birkaç gram santimetreyi (Gcm) geçmeyen ve bazen çok daha küçük olan çok küçük anlarla uğraşmak zorundayız. Örneğin, bir laboratuvar elektrostatik voltmetresinin hareketli kısmına etki eden maksimum tork, miligram-mosantimetrenin (mGcm) kesirleri düzeyindedir.
Hareketli parçanın bu kadar küçük bir anın etkisi altında serbestçe dönebilmesi için, fosfor veya berilyum bronzdan yapılmış ince şeritler olan adam tellerine monte edilir.
Daha da küçük anlarda hareketli parça takılır; bir süspansiyon üzerinde, yani yalnızca bir şerit üzerinde asılı. Cihazı taşırken süspansiyonun kırılmasını önlemek için, hareketli parçayı sabitleyerek süspansiyonu gerginlikten kurtarmanıza olanak tanıyan bir kilitleme cihazı ile donatılmıştır.
Panel cihazlarında büyüklük sırasına göre torklar vardır; kesirler ve hatta gram santimetre birimleri. Bu tür cihazların hareketli kısmı çekirdeklere ve baskı yataklarına monte edilir. Hareketli parçanın ekseni iki yarımdan oluşabilir veya iki yarımdan oluşabilir. Yaklaşık 60°'lik bir tepe açısına sahip bir koni şeklinde keskinleştirilen eksenin uçlarına çekirdek adı verilir. Koninin üst kısmı yuvarlatılmış ve dikkatlice parlatılmıştır.
Çekirdekler, baskı yataklarındaki - kraterlerdeki çöküntülere dayanır.
Çekirdekler karbon çeliğinden, yataklar ise korindon veya akikten yapılmıştır.
Çekirdek eğrilik yarıçapı, hareketli parçanın ağırlığına ve cihazın çalışma koşullarına bağlı olarak genellikle 0,015 ila 0,1 mm aralığında seçilir. Krater tabanının eğrilik yarıçapı, çekirdeğin eğrilik yarıçapından dört ila on kat daha büyük olmalıdır. Tipik olarak 0,15 ila 0,35 mm aralığında bulunur.
Çekirdeğin eğrilik yarıçapı ne kadar küçük olursa, baskı yataklarındaki sürtünme o kadar az olur ve hareketli parça o kadar serbestçe dönebilir, ancak aynı zamanda çekirdeğin eğrilik yarıçapındaki bir azalma spesifik olarak bir artışa yol açar. cihaz sallandığında kraterin cilalanmasına zarar verecek veya çekirdeği ezecek kadar büyük olabilen basınç.
Hareketli parça serbestçe dönebiliyorsa, ölçülen miktarın neden olduğu torkun etkisi altında tam bir açıyla dönecektir ve anın ne kadar büyük olduğu ve anın ne kadar büyük olduğu hakkında bir fikir sahibi olamayacağız. Ölçülen miktarın değeri. Açıkçası, ölçülen büyüklüğün neden olduğu momente ek olarak, etkili moment olarak adlandırılan, karşı etki yapan bir momentin de olması gerekir. Bu an, hareketli parçanın ince bronz banttan yapılmış spiral yaylar tarafından döndürülmesiyle yaratılır. Böyle bir yayın bir ucu hareketli parçanın eksenine, diğer ucu ise sabit parçaya tutturulur.
Yayı belirli bir açıda bükmek için bu açının büyüklüğüyle doğru orantılı bir moment uygulamak gerekir.
Cihaz bağlı olmadığında çalışma ve reaksiyon torkları sıfır olup, hareketli parça okun sıfır işaretini gösterdiği konumdadır. Cihaz bağlandığında hareketli parça, etkili tork karşıt torkla dengelenene kadar dönecektir. Cihazın oku, ölçülen miktarın belirli, oldukça kesin bir değerine karşılık gelen işaretin üzerinde durur.
Cihazı bağlarken, hareketli parça ölçülen değere karşılık gelen belirli bir konumu hemen işgal etmez. Bir süre bu konum etrafında ortalamaya yakın bir genlikte salınım yapacaktır. Bu süreye cihazın yerleşme süresi denir. Yerleşme süresini yeterince kısaltmak için ölçüm mekanizmaları damperlerle donatılmıştır. Havalı ve manyetik damperler kullanılmaktadır.
Manyetik bir damper daha basit bir şekilde tasarlanmıştır. Hareketli parçanın eksenine, kalıcı mıknatısın kutupları arasındaki boşlukta serbestçe hareket edebilen hafif bir alüminyum sektör monte edilmiştir. Boşlukta hareket eden sektör manyetik kuvvet çizgilerini geçiyor. Sektörde indüklenen akımlar, kalıcı mıknatısın manyetik alanıyla etkileşime girerek sektörün frenlenmesine yol açar. Sektörün hızı ne kadar yüksek olursa, indüklenen akımlar ve frenleme kuvveti de o kadar büyük olur. Sabit bir durumda sektöre etki eden kuvvet sıfırdır.
Manyetik damperler, kalıcı mıknatıs alanının ölçüm mekanizmasının kendi alanlarına müdahale edemediği cihazlarda kullanılır. Böyle bir tehlikenin olduğu yerlerde hava damperleri kullanılır. Hava damperleri, hareketli bir parçanın eksenine monte edilen ve kapalı bir hava odasına yerleştirilen hafif bir alüminyum kanattır. Burada sektörün hızıyla orantılı olan hava direnci sayesinde frenleme sağlanıyor. Bazen kanat yerine bir ucu kapalı kavisli bir tüp içinde hareket eden bir piston kullanılır.
Çok güçlü bir sakinleştirme ile, hareketli parçanın hareketi salınımlı bir moddan periyodik olmayan bir moda geçebilir, yani hareketli parça hareket ederken denge konumundan geçmediğinde, yani salınmadığında. Ancak bu durumda sakinleşme süresi çok uzun olabilir.
Uygulamada sakinleştirme, salınım modunun korunacağı şekilde yapılır, ancak salınımlar hızla kaybolur.
Bağlantısız bir cihazda ok her zaman sıfır işaretinin tersini göstermelidir (karşıt moment oluşturacak yaylara sahip olmayan cihazlar hariç), ancak sıcaklık etkilerinin ve yayların deformasyonunun etkisi altında veya başka nedenlerden dolayı, hareketli parça "sıfırdan çıkabilir". İğneyi sıfıra ayarlamak için aletler düzeltici adı verilen bir cihaz sağlar.
Çeşitli nedenlerden dolayı ölçüm cihazları bize hiçbir zaman ölçülen büyüklüğün gerçek değerini vermez. Ölçüm hatası hem cihazın hatasına hem de ölçüm yöntemine yani ölçümün yapılma yöntemine bağlıdır.
Enstrüman hataları kusurlarından kaynaklanır. Bu nedenle baskı yataklarındaki sürtünme nedeniyle hareketli parça, etki eden ve tepki veren momentlerin eşitliği ile belirlenen konuma ulaşamayabilir.
Hareketli parçanın çekirdek ve eksenel yataklara monte edildiği cihazlarda, hareketli parçanın ekseni dikey konumda olduğunda devrilme hatası oluşur. Devrilme hatası, baskı yataklarındaki hareketli parçanın ekseninde bir miktar boşluk olması nedeniyle ortaya çıkar. Cihazın konumu değiştiğinde, hareketli parçanın ekseni konumunu değiştirir, dikeyden bir yönde veya başka bir yönde saparak ve onunla birlikte ok.
Hareketli parça yeterince dengelenmemişse veya dedikleri gibi zayıf dengelenmişse, eğim açısı değiştikçe cihazın okuması da değişecektir. Dengesizlikten kaynaklanan hata, hareketli parçanın ekseni yatay olduğunda daha belirgindir.
Bazı hataların nedeni, cihazın imalatı veya onarımı vb. sırasında yanlış çizilmiş bir ölçek de olabilir.
Belirtilen hatalar hemen hemen tüm sistemlerin cihazlarında doğaldır, ölçümler sırasında her zaman belirli bir durum için izin verilen değeri aşmazlar.
Yalnızca incelenen cihazlara özgü hatalar aşağıda belirtilecektir.
Manyetoelektrik sistemin cihazları. Manyetoelektrik enstrümantasyon sistemi, kalıcı bir mıknatısın alanı ile bir veya daha fazla akım taşıyan iletken arasındaki etkileşimle torkun üretildiği bir sistem olarak tanımlanır.
Manyetoelektrik sistem cihazları hareketli mıknatıs veya hareketli bobin olabilir. İkincisi en yaygın olanıdır.
Hareketli bobinli manyetoelektrik cihaz fikri Şekil 2'de gösterilmektedir. 1. Kalıcı mıknatısın kutupları arasında hareketli bir bobin bulunmaktadır. Düzgün bir radyal alan elde etmek için mıknatısın kutupları arasına yumuşak bir demir çekirdek yerleştirilir.
Bobinden akım geçtiğinde, manyetik alanda bulunan aktif tarafları tork oluşturan kuvvetlere maruz kalacaktır.
Hareketli parçaya etki eden tork miktarı, bobindeki akım gücüyle doğru orantılıdır.
İncirde. Şekil 2, çeşitli tipteki panel cihazlarında kullanılan manyetoelektrik sistemin ölçüm mekanizmasını göstermektedir. Burada kısa bir çubuk şeklinde kalıcı bir mıknatıs, yumuşak demirden bir boyunduruk ile çevrelenmiştir. Boyunduruk manyetik bir devredir ve kutup parçalarından birini oluşturur.
Pirinç. 1. Manyetoelektrik cihazın şeması
Hareketli bobin, üzerine ince yalıtımlı bir telin sarıldığı bir çerçeve olan alüminyum bir çerçevedir. Akım çerçeveye iki spiral yay kullanılarak sağlanır.
Çerçeve döndürüldüğünde yaylar bükülür ve dönme açısıyla doğru orantılı bir karşıt moment oluşturur.
Bu nedenle, manyetoelektrik bir cihazın iğnesinin sapma açısı, hareketli bobindeki akım gücüyle doğru orantılıdır. Cihaz, tek tip bölmelere sahip bir teraziye sahiptir. Akımın yönü değiştiğinde hareketin yönü de değişecek yani ok ters yöne sapacağından cihaz sadece doğru akıma uygundur.
Aynı akımda, cihazın hassasiyeti ne kadar büyük olursa, hareketli parçanın sapma açısı da o kadar büyük olur - akım birimine karşılık gelen sapma açısının büyüklüğü (derece veya ölçek bölümü cinsinden).
Hava boşluğundaki endüksiyon ne kadar büyükse, çerçevenin dönüş sayısı ve boyutları ve yaylar ne kadar zayıfsa cihazın hassasiyeti de o kadar yüksek olur. Görünüşe göre yayların torkunu azaltarak çok hassas bir cihaz elde edebilirsiniz. Teorik olarak bu doğrudur, ancak çok zayıf yayların kullanılması sürtünme momentinin etkili torkla orantılı hale gelmesine neden olur. Bu durumda sürtünmeden kaynaklanan hata kabul edilemez değerlere ulaşabilir.
Çerçevenin boyutunun ve dönüş sayısının arttırılması, hareketli parçanın ağırlığının artmasına neden olur ve bu da yine sürtünmeyi artırır. Ayrıca hareketli parçanın ağırlığının artması atalet momentinin artmasına neden olur, bu da doğal salınımların periyodunu ve yerleşme süresini artırır.
Temel miktarların doğru seçimi, çok yüksek performansa sahip manyetoelektrik cihazlar yapmanızı sağlar. Tasarımları son derece çeşitlidir. Kendimizi manyetoelektrik ampermetreler ve voltmetreleri ele almakla sınırlayacağız, yalnızca bu sistemin ohmmetreler, hassas galvanometreler, döngü osiloskopları, titreşim galvanometreleri ve diğer özel aletlerinin varlığından bahsedeceğiz.
Pirinç. 2. Manyetoelektrik bir cihazın ölçüm mekanizması: 1 - klips; 2 - mıknatıs; 3 - ok; 4 - boyunduruk; 5 - kutuplar; 6 - çekirdek: 7 - sarımlı çerçeve; 8 - spiral yaylar; 9 - düzeltici
En basit manyetoelektrik cihaz bir miliammetredir. İncirde. Şekil 3'te, bir miliampermetrenin bir devreye bağlanmasına ilişkin bir şema gösterilmektedir ve Şekil 2'de. 3, b - iç bağlantıların şeması. Burada ölçülen akımın tamamı çerçeve sargısından geçer. Dış sıcaklık değiştiğinde (veya çerçeve sargısı akımla ısıtıldığında), çerçeve direnci değişecektir (bakır iletken 10 °C ısıtıldığında direncini %4 artırır), ancak bu ek bir hataya neden olmaz, çünkü cihaz yük akımında hafif bir düşüş fark edecektir.
Pirinç. 3. Miliammetre: a - ölçüm devresine bağlantı için devre şeması; b - iç bağlantıların şeması:
Pirinç. 4. Voltmetre: a - ölçüm devresine bağlantı için devre şeması; b - iç bağlantıların şeması:
Sıcaklık arttıkça yayların elastikiyetinin azalmasından dolayı bazı hatalar ortaya çıkabilir ancak bu durum kalıcı mıknatısın alanını zayıflattığı için bu iki faktör karşılıklı olarak telafi edilir.
Bir voltmetre, çerçeve direncine seri olarak bağlanan ek bir dirence sahip aynı miliampermetredir. Voltmetre bağlantı devresi Şekil 2'de gösterilmektedir. 4, a, iç bağlantıların şeması - Şek. 4, b. Akım, cihaz çerçevesinin sarımından akacaktır:
Dış sıcaklıktaki bir değişiklik ek bir hataya neden olacaktır, çünkü direnç değeri değiştiğinde çerçeve sargısındaki akım değişecektir ve bu nedenle voltaj değişmeden kalırken cihazın okuması da değişecektir.
Sıcaklık hatasını azaltmak için ek direnç, sıcaklık değiştiğinde direncini değiştirmeyen bir alaşım olan manganinden yapılmıştır. Bu direnç çerçeve sargısının direncine göre büyükse, toplam direnç biraz değişecek ve hata belirli bir değeri aşmayacaktır.
Cihaz gövdesinin içerisine ilave rezistanslar yerleştirilmiştir. Bunun imkansız olduğu ortaya çıkarsa, ayrı ek dirençler kullanılır. Ayrı bir ek dirence sahip bir cihazın karşılık gelen bir yazıya sahip olması gerekir. Voltmetre ek bir dirençle birlikte kalibre edilmişse buna bireysel denir ve yalnızca bu voltmetre ile kullanılabilir. Kalibre edilmiş bir ek direnç, standart bir nominal akım değerine, yani toplam sapma akımına sahip bir voltmetre ile birlikte kullanılabilir.
Nominal voltajda (GOST 1845-52) kalibre edilmiş ek dirençlerin nominal akımı: 0,5; 1.0; 3.0; 5.0; 7.5; 15; 30 ve 60 ma.
Düşük ölçüm limitleri için voltmetreleri hesaplarken, sıcaklık değişikliklerinden küçük bir hata elde etmek zaten bilinen zorluklara neden olur, çünkü düşük bir nominal voltaj değerinde (yani voltmetre ölçümünün üst limiti) nispeten büyük bir ek direnç, toplamda bir azalma gerektirir. sapma akımı ne kadar küçük olursa, ayarlanan voltaj da o kadar düşük olur. Başka bir deyişle voltmetrenin anma gerilimi ne kadar düşük olursa ölçüm mekanizması da o kadar hassas olmalıdır. Hassasiyetteki bir artış, ölçüm mekanizmasının ve dolayısıyla tüm cihazın mekanik özelliklerinde istenmeyen bir bozulma ile ilişkilidir. Bu durumlarda sıcaklık hatalarını azaltmak için daha karmaşık planlar kullanılır.
Çerçevenin sarımının oldukça hafif olması gerektiğinden ince tel ile sarılmıştır; Çerçeveye akım sağlayan yaylar da istenilen mekanik özelliklerin elde edilebilmesi için çok küçük kesitli olarak yapılmaktadır. Açıkçası, çerçeveden yalnızca küçük bir akım geçebilir.
Ampermetreler büyük akımları ölçmek için kullanılır. Bu cihazlarda ölçülen akımın sadece bir kısmı sayaçtan geçer (Şekil 5), ana kısmı ise cihaza yerleştirilebilen veya ayrı olarak kurulabilen bir şöntten geçer.
Dış şöntler ve bireysel ek dirençler bireysel olarak bölünmüş ve kalibre edilmiştir.
GOST 1845-52'ye göre, nominal akımda kalibre edilmiş 1 şöntün potansiyel terminalleri arasındaki voltaj düşüşü şuna eşit olarak ayarlanır: 45, 75, 100 ve 150 mV.
Şönt ampermetre esas olarak şönt direncindeki voltaj düşüşünü ölçen bir milivoltmetredir.
Şöntler manganinden yapılmıştır ve sıcaklığın etkisi altında dirençlerini pratik olarak değiştirmezler; Çerçeve sargısının direncindeki değişikliklerden kaynaklanan sıcaklık hatasını azaltmak için, buna seri olarak manganinden yapılmış ek bir direnç bağlanır.
Şöntlü ve ek dirençli manyetoelektrik cihazların kullanılması olasılığı, bunların çok geniş bir aralıkta doğru akım ve voltajı ölçmek için kullanılmasına olanak tanır.
Pirinç. 5. Ampermetre: a - ölçüm devresine bağlantı için devre şeması; b - iç bağlantıların şeması:
Manyetoelektrik sistemin ölçüm mekanizması bir ohmmetre olarak kullanılabilir, çünkü güç kaynağının sabit voltajında \u200b\u200bçerçevenin sarımından akan akımın değeri, bağlı olduğu devrenin direncine bağlıdır ve cihazın ölçeği direnç birimleri cinsinden kalibre edilebilir.
Pirinç. 6. Ohmmetre: a - sıralı devre; b-paralel devre: Rp - çerçeve direnci; Rx - ölçülen direnç; Rg-ek direnç
Ohmmetreler seri (Şekil 6, a) veya paralel (Şekil 6.6) devrede yapılabilir.
Bu tür ohmmetreler çoğunlukla kendi güç kaynaklarıyla, örneğin kuru pille beslenir. Akü voltajındaki bir azalma, manyetik bir şönt kullanarak ölçüm cihazının hassasiyetini artırarak, kutuplara göre konumunu değiştirerek hava boşluğundaki indüksiyonu değiştirerek telafi edilebilir.
Okumaları güç kaynağının voltajına bağlı olmayan ohmmetreler, oranmetre adı verilen aletler temelinde oluşturulmuştur.
Manyetoelektrik logometrenin ölçüm mekanizmasının hareketli kısmı, birbirine sağlam bir şekilde tutturulmuş ve yalıtımlı sargılara sahip iki çerçeveden oluşur. Çerçeveler kalıcı bir mıknatıs alanına yerleştirilir. Logometer ölçüm mekanizmasının ayırt edici bir özelliği, eşit olmayan boşluk genişliği veya eşit olmayan çekirdek yüksekliği nedeniyle elde edilen hava boşluğundaki eşit olmayan alandır. Logometrelerde mekanik bir karşı tork yoktur ve çerçeve sargılarına giden akım, ince, torksuz altın veya gümüş şeritler şeklinde yapılır.
Pirinç. 7. Logometre devresi: Rp - ilk çerçevenin sargısının direnci; Rp - ikinci çerçevenin sarma direnci; Rt - R2 - sıcaklık hatasını azaltma direnci; ölçülen direnç; U - geçerli kaynak
Elektromanyetik sistem cihazları. Elektromanyetik enstrümantasyon sistemi, torkun bir veya daha fazla akım taşıyan bobin ile bir veya daha fazla yumuşak ferromanyetik malzeme parçası arasındaki etkileşimle üretildiği bir sistem olarak tanımlanır.
Elektromanyetik cihazlar şunlardır:
a) yuvarlak bir bobinle ve b) düz bir bobinle.
Günümüzde düz bobinli cihazlar daha yaygındır.
Düz bobinli bir cihazın ölçüm mekanizması Şekil 1'de gösterilmektedir. 8. Temel olarak, ölçülen akımın sarımından geçtiği bir bobin ve hareketli parçanın eksenine eksantrik olarak monte edilmiş bir çekirdekten oluşur - yumuşak ferromanyetik malzemeden (transformatör çeliği, kalıcı alaşım) yapılmış bir plaka.
Bobinin alanının etkisi altında çekirdek mıknatıslanır. Akım taşıyan bobinin manyetik alanı ile çekirdeğin manyetik alanı arasındaki etkileşim, çekirdeğin, en fazla sayıda kuvvet çizgisinin geçeceği bir pozisyon alma eğiliminde olduğundan bobinin yuvasına çekilmesine neden olur. içinden. Çekirdeğin geri çekilmesi, üzerine monte edilmiş ok ve hava stabilizatör kanadının bulunduğu hareketli parçanın ekseninin dönmesine neden olur.
Yaklaşık olarak bobinin yuvasındaki manyetik indüksiyonun sarımdan geçen akımla orantılı olduğunu söyleyebiliriz. Aynı şekilde çeliğin düşük doygunluğunda çekirdekteki manyetik indüksiyon, bobindeki akım gücüyle orantılıdır. Bu nedenle, çekirdeğe etki eden kuvvet, bobin sarımından akan akımın karesiyle orantılı olacaktır ve hareketli parçaya etki eden tork da akımın karesine bağlı olacaktır ve karşıt tork, bobin tarafından yaratıldığı için Spiral yay, hareketli parçanın dönme açısı da elektromanyetik cihazda bobin sarımındaki akımın karesi ile orantılı olacaktır. Bu, cihazın ikinci dereceden bir ölçeğe sahip olacağı, yani ölçeğin başında sıkıştırılan ve sonuna doğru genişleyen bölmelere sahip olacağı anlamına gelir. Uygun bir tasarım kullanılarak, esas olarak çelik plakanın uygun şekli seçilerek ve makaraya ikinci bir plaka takılarak ölçek daha düzgün hale getirilebilir.
Pirinç. 8. Düz bobinli bir elektromanyetik cihazın ölçüm mekanizması: 1 - spiral yay; 2 - bobin; 3 - yumuşak ferromanyetik malzemeden yapılmış çekirdek; 4 - damper kanadı
Elektromanyetik cihaz hem doğru hem de alternatif akımlar için uygundur. Doğru akım için kalibre edilmiş bir elektromanyetik cihaz, alternatif akımı (veya voltajı) ölçerken etkin değerini gösterecektir.
Pratikte en yaygın kullanılanlar panel elektromanyetik ampermetreler ve sınıf 2.5 voltmetrelerdir; Kullanımı güvenilirdir, tasarımı ucuzdur ve basittir. Yay yalnızca karşıt bir moment oluşturmaya hizmet ettiğinden ve bir akım kaynağı olmadığından, elektromanyetik cihazlar ciddi aşırı yüklere zarar vermeden dayanabilir.
Hareketli parçanın tam sapması ile elektromanyetik mekanizmanın torkunun büyüklüğü 200 mGcm civarındadır. Böyle bir tork oluşturmak için bobinin yaklaşık 200 amper dönüşe sahip olması gerekir. Amper dönüş sayısını bilerek, belirli bir akımdan gerekli sarım dönüşü sayısını hesaplamak zor değildir Elektromanyetik ampermetreler, 300 A ve daha yüksek akımlara kadar bir devreye doğrudan dahil edilmek üzere üretilmiştir. Alternatif akımda, elektromanyetik cihazlar, nominal sekonder akımı 5 a olan akım transformatörlerinin ölçülmesiyle açılır.
Bu sistemin ampermetrelerinin şöntlenmesi, manyetoelektrik sistemin ampermetreleriyle karşılaştırıldığında yüksek enerji tüketimine sahip olduklarından (ampermetre bobinindeki 5 A'lık voltaj düşüşü 0,5 V düzeyindedir) ve yüksek akımlarda güç tüketiminden dolayı kullanılmaz. Şantta dağılan enerji o kadar büyük olabilir ki, şantın pratikte üretilmesi imkansız hale gelebilir.
Elektromanyetik voltmetrelerin ölçüm sınırlarının genişletilmesi, ek dirençlerin yanı sıra ölçüm voltajı transformatörleri kullanılarak gerçekleştirilir. Gerilim ölçüm transformatörü aracılığıyla çalıştırılmak üzere tasarlanmış bir voltmetrenin anma gerilimi 100 V'tur.
Doğru akımı kullanan elektromanyetik cihazların hatası, histerezis nedeniyle ortaya çıkar, yani ölçülen akımın artan ve azalan kuvvetleriyle çekirdeğin eşit olmayan mıknatıslanma derecesi. Alternatif akımı ölçerken, çekirdekteki ve cihazın demir kısımlarındaki girdap akımı kayıplarından ve ayrıca bobin sargısının endüktansından dolayı hatalar ortaya çıkar. Bu sebeplerden dolayı cihazın alternatif akımda okumaları ölçülen değerin gerçek değerinden daha azdır, yani cihazda negatif hata vardır. Bununla birlikte, permalloy alaşımından bir çekirdeğin üretilmesi, hem doğru hem de alternatif akımlar için eşit derecede uygun olan 0,5 sınıfı laboratuvar elektromanyetik cihazlarının üretilmesini mümkün kılmıştır.
Ölçüm mekanizması bobininin kendi manyetik alanı önemsiz olduğundan, harici manyetik alanların elektromanyetik cihazların okumaları üzerindeki etkisi büyüktür. Bu etkiyi azaltmak için panel cihazları demir kasa ile kaplanmakta, laboratuvar cihazları ve yüksek frekanslarda çalışacak şekilde tasarlanmış cihazlar astatik hale getirilmektedir.
Astatik bir cihazın ölçüm mekanizması, sargıları seri olarak bağlanan ancak manyetik alanları zıt yönlere yönlendirilecek şekilde iki özdeş bobinden oluşur. Böyle bir cihaz harici bir düzgün alana maruz kalırsa, yönüne bağlı olarak bobinlerden birinin alanını zayıflattığı kadar diğerinin alanını da güçlendirir. Bu nedenle, eşleştirilmiş hareketli parçanın etkisi altında hareket eden ortaya çıkan tork, yabancı manyetik alana bağlı değildir.
Yerli sanayi, 1000, 2500 ve 8000 Hz sınıf 2.5 ses frekansı devrelerindeki akımı ölçmek için tasarlanmış VFA elektromanyetik sistem tipinde panel ampermetreler üretmektedir. Bu ampermetreler astatik olarak üretilir ve cihaz üzerinde belirtilen nominal akım frekansına sahip devrelerde ölçüm yaparken bu sınıftaki cihazların gereksinimlerini karşılar. Ampermetreler, 5 A nominal sekonder akıma sahip karşılık gelen frekanstaki akım transformatörlerini ölçerek çalışmak üzere tasarlanmıştır. Nominal akımda, 1000 Hz frekans için cihazdaki voltaj düşüşü 0,55 V, 2500 Hz - 1,3 V frekans ve 8000 Hz - 4 V frekans için. Bu voltaj düşüşü esas olarak bobinin endüktansından kaynaklanmaktadır çünkü aktif direnci 0,04 ohm'u aşmamaktadır.
Frekans arttıkça cihazın tükettiği toplam güç artar ve tork azalır. Bobinin dönüş sayısı arttıkça tork da artar, ancak bu, endüktansında ve cihaz tarafından tüketilen toplam güçte bir artışa yol açar. Bu koşullar elektromanyetik ampermetrelerin kullanımını yalnızca ses frekansı bölgesiyle sınırlar.
Ampermetrelerde olduğu gibi ses frekansı voltajını ölçmek için elektromanyetik voltmetrelerin kullanılması temel itirazlarla karşılanmaz. Tek şey, sıcaklık hatasını azaltmak için gerekli olan ek dirençteki kayıpların artması nedeniyle, cihazın tükettiği toplam gücün bu durumda ampermetrenin gücünden bile daha büyük olmasıdır.
Elektromanyetik voltmetrelerin frekansını değiştirmeden kaynaklanan hata özellikle yüksektir, çünkü frekanstaki bir değişiklik cihazın empedansında bir değişiklik gerektirir ve bu da akım ve torkta bir değişikliğe yol açar.
Adını taşıyan TVCh Araştırma Enstitüsü'nde. prof. V.P. Vologdina, özel aletlerin ortaya çıkmasından önceki dönemde, Electropult tesisinin panel cihazları tarafından ses frekansı akımı ve voltajı ölçümleri yapıldı, okumaları bağlı olmayan pr-rt dob kullanılarak istenen frekansta kalibre edildi. frekansta. Ampermetreler her zamanki gibi herhangi bir ön değişiklik gerektirmiyordu, ancak voltmetreler bobinin geri sarılmasını ve yayın daha az güçlü bir yay ile değiştirilmesini gerektiriyordu.
Elektrodinamik sistem cihazları. Elektrodinamik ölçüm cihazları sistemi, sabit ve hareketli bobinlerin manyetik alanlarının akımla etkileşimi nedeniyle bir torkun oluşturulduğu bir sistem olarak tanımlanır.
Bir elektrodinamik cihazın ölçüm mekanizması (Şekil 9) genellikle biri sabit olan ve diğeri sabit bobin içindeki bir eksen üzerinde dönebilen iki bobinden oluşur. Aynı eksende, hareketli bobine akım sağlamaya ve karşıt bir tork oluşturmaya yarayan yayların okları ve uçları sabitlenmiştir.
Bobin akımları, etkileşimi bobinlere etki eden mekanik kuvvetlerde kendini gösteren manyetik alanlar yaratır. Bu kuvvetlerin etkisi altında hareketli bobin, oluşturduğu alanın yönü sabit bobinin oluşturduğu alanın yönü ile çakışacak şekilde kendisini konumlandırma eğilimindedir.
Bobinlerin etkileşim kuvveti ve dolayısıyla hareketli parçaya etki eden tork, her iki bobinin akım güçlerinin çarpımı ile orantılı olacaktır. Ayrıca hareketli parçaya etki eden momentin büyüklüğü, bobinlerin manyetik alanlarının yönleri arasındaki p açısına bağlıdır. Açı sıfırsa, yani bobinlerin alanları çakışıyorsa tork sıfırdır. Açı 90° ise tork maksimum değere sahip olacaktır.
Tipik olarak ölçüm mekanizması, başlangıç konumunda (bobinlerde akım olmadığında) p = 135° ve tam sapmada |3 = 45° olacak şekilde monte edilir. Böylece, |3 açısı 135° ila 45° arasında değişir ve sinüsü 0,707 ila 0,707 arasında değişir ve bobinlerin düzlemleri karşılıklı olarak dik olduğunda p = 90°'de birlikten geçer.
0,5 A'ya kadar akımlar için voltmetreler ve ampermetreler için bobinler seri olarak bağlanır, bu nedenle elektrodinamik ampermetrelerin ve voltmetrelerin hareketli kısmının dönme açısı akımın karesine bağlıdır.
Ampermetre ve voltmetrelerin eşit olmayan bir ölçeğe sahip olması gerektiği sonucu çıkar. Cihazlar hem doğru hem de alternatif akımlara uygundur. Alternatif akım durumunda cihaz etkin değerine tepki verir.
Pirinç. 9. Elektrodinamik ölçüm mekanizması: A - sabit bobin; B - hareketli bobin; Fd, A bobininin alanının yönüdür; F, B bobininin alanının yönüdür;
Elektrodinamik ampermetreler ve voltmetreler, yüksek sınıf laboratuvar cihazları şeklinde yaygınlaşmıştır (şu anda yerli endüstri, bu sistemin sınıf 0,2 ve hatta 0,1 cihazlarını üretmektedir), doğru akımdan endüstriyel frekansın alternatif akımına geçerken doğruluğunu korur. .
Elektrodinamik cihazlar, ses frekans devrelerindeki ölçümler için en uygun olanıdır ancak bunun için doğru akımda değil çalışacakları frekansta kalibre edilmeleri gerekir.
Şu anda yerli endüstri, 1000, 2500 ve 8000 Hz nominal frekansa sahip devrelerde ölçümler için tasarlanmış ETV tipi panel elektrodinamik wattmetreler ve ETF tipi faz sayaçları üretmektedir. Cihazlar, 100 V anma gerilimi ve 5 A anma akımı için tek limitli cihazlar olarak üretilmekte olup, akım ve gerilim ölçüm transformatörleri üzerinden anahtarlanacak şekilde tasarlanmıştır. Akım ve gerilim yukarıdaki değerleri aşmıyorsa cihazlar doğrudan açılabilir. Cihaz terazileri, ölçüm transformatörlerinin dönüşüm oranları dikkate alınarak ölçülen değerlere göre kalibre edilir.
ETV wattmetrenin şematik diyagramı Şekil 1'de gösterilmektedir. 10.
Wattmetrenin ölçüm mekanizması, harici manyetik alanların etkisinden kaynaklanan hatayı azaltmak için astatiktir. Üst üste yerleştirilmiş iki bobin sisteminden oluşur.
Akım devresine seri olarak birbirine bağlanan sabit bobinler dahildir. Hareketli bobinler ayrıca birbirlerine seri olarak ve ek dirençle bağlanır. Bu devreye bir wattmetrenin paralel devresi veya voltaj devresi denir. Bir voltmetreyi açmaya benzer şekilde yüke paralel olarak açılır.
Ek direncin bir kısmı, kapasitansı, wattmetrenin paralel devresindeki nominal frekansa eşit bir frekanstaki akım, uygulanan voltajla aynı fazda olacak şekilde seçilen bir kapasitör tarafından şöntlenir.
Pirinç. 10. ETV wattmetrenin şematik diyagramı:
Paralel devredeki akımın gücü, uygulanan U voltajına ve belirli bir frekans için sabit kalan paralel devrenin direncine bağlı olduğundan, wattmetre okumaları yükün aktif gücüyle orantılıdır.
Bu konum, wattmetre ölçüm transformatörleri aracılığıyla bağlandığında bile geçerli kalır, çünkü ikincisi, gücü ölçülen yük ile ikincil devrelerde aynı akım ve gerilim fazlarına sahip olmalıdır.
Şimdi faz ölçerin çalışmasını ele alalım. Çalışma prensibine göre ETF faz ölçer, hareketli parçanın konumu yük güç faktörü tarafından belirlenecek şekilde bağlanan bir elektrodinamik oran ölçerdir.
Faz ölçerin şematik diyagramı Şekil 2'de gösterilmektedir. on bir.
Cihazın sabit bobinleri seri olarak bağlanır ve akım devresine dahil edilir. Bobinler dikey bir düzlemde üst üste yerleştirilmiştir.
Hareketli bobinler, düzlemleri belirli bir açıyla kaydırılacak şekilde bir eksen üzerine sağlam bir şekilde monte edilir. Sabit bobinlerin içinde dönebilirler.
Hareketli bobinlerden biri, ek bir dirençle seri olarak voltaj devresine bağlanır; ikincisi ise C\ kapasitörü ile seri halindedir. Kondansatör C2, bobin B'nin endüktansını telafi etmeye yarar. Kapasitans değeri, bobin B'deki akımın uygulanan voltajla aynı fazda olacağı şekilde seçilir.
Bu akımların sabit bobinlerin alanı ile etkileşimi sonucunda cihazın hareketli kısmı, hareketli bobinlerin zıt yönlü torklarının birbirine eşit olduğu bir pozisyon işgal eder. Güç faktörü değiştiğinde bobinlerdeki akımların fazları değişir; Momentlerden biri artar, ikincisi azalır ve bu momentler arasındaki farkın etkisi altında hareketli kısım, momentlerin eşitliğinin sağlandığı bir konuma hareket eder (monun büyüklüğü bobinlerin göreceli konumuna bağlı olduğundan). tekrar meydana gelir.Cihazın oku, ölçek üzerindeki güç faktörünün değerini gösterir. Çalışma prensibine göre cihazın mekanik bir karşı torka sahip olmaması gerekir, bu nedenle hareketli bobinler devreye torksuz akım uçları kullanılarak bağlanır. Cihaz kapatıldığında hareketli kısım kayıtsız dengededir ve ok herhangi bir işareti gösterebilir.
Pirinç. 11. ETF faz ölçerin şematik diyagramı: Al. A2. - sabit bobinler; Blt B2 - hareketli bobinler; g - ek direnç; C, B2 bobinindeki akımın faz kaymasını yaratan bir kapasitördür; C2 - B bobininin endüktansını telafi etmek için kapasitör
Ferrodinamik sistem cihazları. Ferrodinamik sistemin cihazları (Şekil 12), elektrodinamik sistemin cihazlarından yalnızca sabit bobin A'nın manyetik akı yolunun çoğunun, transformatör çeliğinden yapılmış bir manyetik çekirdekten geçmesi bakımından farklılık gösterir.
Pirinç. 12. Ferrodinamik üç fazlı wattmetrenin ölçüm mekanizması
Pirinç. 13. Termal cihaz tasarımı: Av - ana iş parçacığı; CD - yardımcı iplik; AÇIK - ipek iplik; K - bahar; ben bir silindirim
Transformatör çeliğinin kullanılması cihazdaki manyetik indüksiyonu arttırır ve bu nedenle bir yandan torku arttırır, diğer yandan harici manyetik alanların cihaz okumaları üzerindeki etkisini azaltır.
Bununla birlikte çelik kullanımı, histerezis ve girdap akımları nedeniyle cihazın doğruluğunda bir azalmaya ve ayrıca cihazların endüktansında bir artışa neden olur ve bu da onları yüksek frekanslı devrelerde ölçümler için uygun hale getirmez.
Ferrodinamik sistem en çok artan torkun gerekli olduğu endüstriyel frekans kaydedicilerde kullanılır.
Ferrodinamik sistem cihazlarının avantajları arasında elektrodinamik cihazlara göre daha düşük enerji tüketimi de yer almaktadır.
Termal sistem cihazları. Termal sistem cihazları (Şekil 13), ölçülen akımla ısınması nedeniyle metal ipliğin uzamasını kullanır. Ölçülen akım veya bunun belirli bir kısmı, uçları sabit olan ana dişten geçer.
Bir ucunda ana ipliğin ortasına bir yardımcı iplik takılır, diğer ucu sabitlenir. Yardımcı ipliğin orta noktasından bir ipek iplik çıkarak silindirin etrafında dolaşır. İpek ipliğin ucu yassı çelik bir yayın serbest ucuna tutturulmuştur.
Ana iplik uzadıkça zayıflayacak ve ipek ipliğin ve yardımcı ipliğin içinden iletilen yay kuvveti, aynı eksende oturan silindiri ve oku döndürecektir.
Hareketli parçanın dönme açısı, ısıtılmış filamanın uzamasına bağlıdır; ikincisi, filaman boyunca akan akımın karesiyle orantılı olarak düşünülebilir, bu nedenle termal cihazlar, başlangıçta güçlü bir şekilde sıkıştırılmış ikinci dereceden bir ölçeğe sahiptir.
Doğru akıma göre kalibre edilmiş bir termal ampermetre, eğrisinin şekline bakılmaksızın alternatif akımın rms değerini gösterecektir. Bu sistemin cihazları, yüksek frekanslı akım devrelerinde çok çeşitli varyasyonlarda ölçümler için uygundur. Bu cihazların avantajları aynı zamanda okumalarının yabancı manyetik alanlardan bağımsızlığını da içerir.
Termal cihazların dezavantajları arasında büyük iç enerji tüketimi, ipliğin termal ataletinden dolayı iğnenin yavaş ayarlanması ve en önemlisi aşırı yüklere karşı daha fazla hassasiyet yer alır. Ölçüm sınırlarının genişletilmesi, ek dirençler kullanılarak voltmetrelerle gerçekleştirilir. Bu durumda, endüktif olmayan ve kapasitif dirençlerin üretimi çok zor olduğundan, cihaz okumaların frekansa güçlü bir bağımlılığı olacaktır. Büyük yüksek frekanslı akımları ölçmek için kullanmak amacıyla şönt kullanan ampermetrelerin ölçüm sınırlarını genişletmek, yüzey etkisi olgusu nedeniyle iplik ve şönt direncinin oranının korunamaması şeklinde bir engelle karşılaşmaktadır. . Hartmann ve Braun tarafından üretilen ampermetrelerde, ölçülen akımın paralel bağlanmış ve bir sincap çarkı (tambur şönt) gibi yerleştirilmiş tamamen aynı ince metal şeritlerden oluşan bir sistem aracılığıyla sağlanması ve dallandırılmasından oluşan özel bir şönt sistemi kullanılmaktadır. . Bu şeritlerden biri iplik görevi görür, geri kalanı yalnızca cihazdan geçebilecek toplam akımı artırmaya yarar. Şeritler çok ince yapıldığından yüzey etkisinin etkisi azdır ve bu tür cihazlar 2,5 MHz'e kadar yüksek frekanslı akımları ölçmek için uygundur.
Termik cihazların ölçüm sınırlarının genişletilmesi ölçüm transformatörleri kullanılarak yapılabilir ancak bu durumda ölçüm transformatörleri sabit frekansta çalışacak şekilde üretildiğinden cihaz yalnızca dar bir frekans aralığına uygun olacaktır.
Şu anda SSCB'de termal cihazlar üretilmiyor ve yerini daha gelişmiş termoelektrik cihazlar alıyor.
Termoelektrik sistem cihazları. Termoelektrik sistemin cihazları, manyetoelektrik sistemin ölçüm mekanizmasının bir veya daha fazla termal dönüştürücüyle bağlantısıdır.
Termal dönüştürücü, bir veya daha fazla termokupl ve içinden ölçülen akımın geçtiği bir iletken olan bir ısıtıcıdan oluşan bir cihazdır.
Termal dönüştürücüler ya vakumdur (Şek. 14) ya da havadır (Şek. 15). Her ikisi de, ısıtıcının termokupl ile metal bir bağlantısına sahip olduğu temaslı olanlara ve elektrik akımını iletmeyen bir malzeme aracılığıyla ısıtıcının termokupl ile yalnızca termal temasının sağlandığı temassız olanlara ayrılabilir. (mika, cam).
Pirinç. 14. Vakumlu termal dönüştürücü tipi T-102: 1 - silindir; 1 - ısıtıcı; 3 - termokuplun çalışma bağlantısı
Pirinç. 15. Hava termal dönüştürücü tipi T-103: 1- ısıtıcı; 2 - termokuplun çalışma bağlantısı; 3- pedler; 4-dengeleme termokupl
Temaslı termal dönüştürücüler tasarım açısından daha basit ve daha hassastır ancak termokupl ile ısıtıcı arasındaki elektriksel temas istenmez.
Isıtıcı malzemesi genellikle konstantan veya platin-iridyum teldir.
Termal dönüştürücü, cihaz gövdesinin içine yerleştirilir veya ayrı olarak monte edilir ve kalibre edilmiş iletkenler kullanılarak sayaca bağlanır.
Bir termokuplun elektromotor kuvveti, ısıtıcının sıcaklığıyla yaklaşık olarak orantılıdır ve bu da ısıtıcıdan akan akımın karesiyle orantılıdır. Manyetoelektrik bir cihazın hareketli kısmının sapma açısı akım gücüyle orantılı olduğundan, termoelektrik ampermetreler ikinci dereceden bir ölçeğe sahiptir; Doğru akıma göre kalibre edildikleri için alternatif akıma da uygundurlar ve etkin değerini ölçeceklerdir.
Pirinç. 16. Termoelektrik cihazların şematik diyagramları: a - kontaklı termal dönüştürücü ile; b - “termal çapraz” tipte kontaklı bir termal dönüştürücü ile; c - temassız bir termopil ile; d - bir köprü devresi kullanılarak monte edilmiş bir termal dönüştürücü ile
Termoelektrik cihazlar, doğru akımdan onlarca megahertz düzeyindeki radyo frekanslarına kadar geniş bir frekans aralığı için uygundur.
Termoelektrik cihazların dezavantajları arasında aşırı yüklere karşı daha fazla hassasiyet (% 50 oranında aşırı yüklendiğinde yanarlar), termal dönüştürücüyü değiştirirken yeniden kalibrasyon ihtiyacı ve termal dönüştürücülerin kısa servis ömrü (aşırı yüklenme olmadan çalışırken birkaç yüz saat) yer alır. .
İncirde. Şekil 16, a, bir termoelektrik cihazın en basit diyagramını göstermektedir. Isıtıcıdan geçen ölçülen akım I, farklı tellerden - termoelektrotlardan oluşan termokuplun çalışma bağlantısını ısıtır. Termokuplun serbest uçlarına, çalışma bağlantısında gelişen termoelektromotor kuvveti (yani e.f.) ölçen bir cihaz takılıdır. Cihaz ölçülen akım birimlerinde kalibre edilebilir. Bu şemanın bir dezavantajı vardır - cihazın okumaları yalnızca ölçülen akımın gücüne değil, aynı zamanda yönüne de bağlı olacaktır, çünkü termokuplun ısıtıcıya bağlantı noktasının geometrik bir nokta olmaması nedeniyle ve sonlu boyutlara sahip olduğundan, akımın bir kısmını sayaç devresine ayıracağım ve ya termoakıma ekleyeceğim ya da ondan çıkaracağım. Bu nedenle ele alınan devrenin kalibrasyonu alternatif akımda yapılmalıdır.
Termal çapraz adı verilen başka bir devre (Şekil 16.6), bir noktaya bağlanan iki farklı iletkenden oluşur. Bağlantı noktası termokuplun çalışma bağlantısını oluşturur. Burada ısıtıcının iki farklı iletkenden oluştuğu ortaya çıkıyor, bu nedenle ölçülen akım I bir metalden diğerine geçtiğinde, akımın yönüne bağlı olarak bağlantı noktasında ek ısıtma veya soğutma meydana gelecektir (Peltier etkisi). Ek olarak, burada, önceki durumda olduğu gibi, akım sayaç devresine ayrılacaktır ve bu nedenle cihazın alternatif akıma göre kalibre edilmesi gerekir.
İncirde. Şekil 16b, seri olarak bağlanan birkaç termokuplun kullanıldığı bir diyagramı göstermektedir. Bu, termoelektromotor kuvvette bir artışa yol açar, bu da çalışma sırasında daha az hassas ve dolayısıyla daha güvenilir bir ölçüm cihazının kullanılmasına olanak tanır. Bu şemanın dezavantajları arasında, birkaç termokuplun bir termopil içine bağlanmasının yalnızca yalıtımlı bir ısıtıcı ile mümkün olması (aksi takdirde tüm termokupllar ısıtıcı tarafından kısa devre yapılır) ve bu, termal dönüştürücünün hassasiyetini azaltır ve termal ataletini arttırır. .
Çoğu zaman, bir termal dönüştürücünün bir köprü devresi kullanılır (Şekil 16, d), bu, bağlantı noktasının akımla doğrudan ısıtılmasıyla seri olarak bağlanan iki termokupldan oluşan bir termopilin oluşturulmasını mümkün kılar. Termal dönüştürücü doğru şekilde monte edilirse, ölçülen akım ölçüm mekanizmasına dallanmaz ve bir metalden diğerine geçmez, bunun sonucunda bu tür termoelektrik cihazlar doğru akım kullanılarak kalibre edilebilir. Bu şemaya göre, 0,5 ila 10 A arasında altı ölçüm sınırı için üretilen ve yüksek frekansta ölçümler için tasarlanmış T-51 ve T-53 termoelektrik cihaz setlerine dahil edilen T-1 tipi termal dönüştürücüler yapılmıştır. 0,3'ten 7,5 MHz'e kadar alternatif akım devreleri. Bu aralıktaki cihaz okumalarının ana hatası +%5'i aşmaz.
T-101, T-102 ve T-103 tipi ayrı termal dönüştürücülere sahip T-12 ve T-13 tipi ev tipi laboratuvar termoelektrik cihazları, 1 A'den 20 A'ya kadar geniş bir frekans aralığında akımları ölçmeyi mümkün kılar. +1,5%'i aşmayan hata.
Hassasiyeti arttırmak ve termokuplun sıcak bağlantısının yeterince yüksek bir sıcaklığını elde etmek için, T-102 tipi vakumlu termal dönüştürücülerle 500 mA'ya kadar ölçüm limitleri için cihazlar üretilmektedir (Şekil 14). 1 ve 3 a için termal cihazlar, T-103 tipi hava termal dönüştürücülerle (Şekil 15) ve 5, 10 ve 20 a için - T-101 tipi hava termal dönüştürücülerle üretilir.
Yüksek frekanslarda ölçüm yaparken kapasitif kaçak akımlardan kaynaklanan cihaz hatasını azaltmak için tüm termal dönüştürücüler temassız hale getirilmiştir.
Yüksek akımlara yönelik termal dönüştürücülerde kendini gösteren yüzey etkisinden kaynaklanan cihaz hatasını azaltmak için, 3, 5, 10 ve 20 A ölçüm sınırına yönelik ısıtıcılar ince duvarlı altın-paladyum tüpten yapılmıştır. Uzun süre açıldığında uçların ısıtılmasından kaynaklanan hatayı azaltmak için, sıcak bağlantısı uçlardan birine emaye kullanılarak yapıştırılan bir dengeleme termokupl kullanılır. Çalışan termokupl dengeleme termokupluna öyle bir şekilde bağlanır ki; d.s. Termokupllar ters yöne yönlendirildi.
Dedektör sistemi cihazları. Dedektör sistemi cihazları, manyetoelektrik ölçüm mekanizmasının katı doğrultucular - dedektörlerle birleşimidir.
Bakır oksit dedektörleri çoğunlukla redresör olarak kullanılır; enerji amaçlı kullanılan redresörlerden küçük olmaları ve birkaç miliamper'i aşmayan akımları doğrultmaya uygun olmaları nedeniyle farklılık gösterirler.
Bakır oksit doğrultucu, bir tarafında özel ısıl işlemle bir bakır oksit tabakası elde edilen, kimyasal olarak saf bakırdan yapılmış bir plakadır. Bakır ile bakır oksit arasında, engelleme katmanı adı verilen çok ince bir katman oluşur ve bu, doğrultucunun bakır oksitten bakıra akan akıma çok az direnç sağlamasına neden olur. Zıt yönlerdeki akıma, yani bakırdan bakır okside karşı direncin yüzlerce, hatta binlerce kat daha fazla olduğu ortaya çıkıyor.
Doğrultucu boyunca aynı voltajda ileri akımın ters akıma oranına düzeltme oranı denir. Açıkçası, bu oran ters direncin ileri dirence oranına eşittir.
Doğrultucunun ileri ve geri dirençleri kesin olarak sabit kalmaz, uygulanan gerilime, sıcaklığa ve frekansa bağlı olarak belirli sınırlar içerisinde değişir. Ölçme cihazlarında kullanılan dedektörlerde bu bağımlılıkları mümkün olduğu kadar küçük tutmaya çalışırlar. Sektörümüz tarafından üretilen Ts211 tipi pano voltmetreleri, 50 Hz'den 8000 Hz'ye kadar ses frekans voltajını +%2,5'i aşmayan bir hatayla ölçmek için tasarlanmıştır.
Ts211 voltmetrenin iç bağlantılarının şematik diyagramı Şekil 1'de gösterilmektedir. 17, a. Doğrultucu bir köprü devresine monte edilmiş dört elemandan oluşur. Gerekli ölçüm limiti, Rg ek direncinin değerine göre seçilir. Alternatif akım devresine ek direnç dahildir.
Ts211 cihazları üst ölçüm limitleri direkt bağlantı için 30, 50, 150 ve 250 V, ölçme gerilim trafoları ile bağlantı için ise 500, 1000, 2000 V olarak üretilmektedir.
Operasyonel güvenilirlik açısından, dedektör cihazları diğer sistemlerin cihazlarından daha düşüktür ve redresörler zamanla özelliklerini değiştirebildiğinden daha sık doğrulama gerektirir (en az 6 ayda bir).
Pirinç. 17. Dedektör voltmetre devreleri: a - tam dalga köprü düzeltme devresine sahip; b - yarım dalga düzeltme devresiyle
Tam dalga doğrultma devrelerine ek olarak yarım dalga doğrultma devreleri de kullanılmaktadır (Şekil 17.6). Bu devrede doğrultucu Wu, ölçüm mekanizmasına seri olarak bağlanır ve bir yarım dalga alternatif akımı geçirir. Ters yarım dalga B2 doğrultucusundan geçer ve sayaçtan geçmez. Doğrultucu B2, ters yarım dalga sırasında doğrultucu B'yi arızadan korumak için gereklidir. Bu devredeki direnç R, sayacın direncine eşit olarak seçilir.
Yarım dalga doğrultma devresinde sayaçtan geçen akım yarısı kadar olacağından sayacın hassasiyeti daha düşük olacaktır. Bazı durumlarda, bu devrenin daha karlı olduğu ortaya çıkıyor, çünkü tam dalga doğrultuculu devrelerde, her doğrultucu ölçülen voltajın yalnızca yarısını oluşturur ve ikincisi küçükse, o zaman karakteristiklerin doğrusal olmaması nedeniyle redresörler düşük düzeltme katsayısıyla çalışacaktır. Devreye uygulanan gerilime bağlı olarak bazen birkaç doğrultucu seri olarak bağlanır.
Dedektör cihazındaki sayaç bobininden titreşimli bir akım geçer ve buna göre tork titreşir. Ancak atalet nedeniyle hareketli parça yüksek hızda konumunu değiştiremez ve ortalama akım değerine eşit bir açı kadar sapacaktır.
AC devrelerinde genellikle rms akımını veya voltajını ölçmek gerekir, bu nedenle dedektör cihazları rms sinüzoidal akıma veya voltaja göre kalibre edilir ve yalnızca dalga formu sinüzoidal olduğunda doğru okumalar verir.
Dedektör cihazları çoğunlukla ses frekansı voltajını ölçmek için kullanılır. Ayrıca dedektör ampermetreleri de vardır. Devreleri, sıcaklığa bağımlılığı telafi etme ihtiyacının yanı sıra, doğrultucuların kapasitansı nedeniyle cihaz okumalarının frekansa bağımlılığı nedeniyle daha karmaşıktır.
Özellikle germanyum dedektörlerinin kapasitesi düşüktür. Bu dedektörlerin kullanılması elbette radyo frekanslarında ölçüm yapmaya uygun dedektör cihazlarının üretilmesini mümkün kılacaktır.
Dedektör voltmetre ve ampermetrelerin yanı sıra yüksek doğrulukla frekans ölçümüne olanak sağlayan frekans ölçerler de bulunmaktadır. Dedektör wattmetrelerini uygulamak da mümkündür.
Elektrostatik sistem cihazları. Elektrostatik sistem cihazları belirli bir potansiyel farkına kadar yüklenen iletkenlerin etkileşimine dayanmaktadır.
Yukarıda tartışılan ölçüm cihazı sistemlerinden farklı olarak, bir elektrostatik sistemin ölçüm mekanizmasında, elektrik alan kuvvetlerinin etkisi altında hareketli parçanın konumunda bir değişiklik meydana gelir.
Elektrostatik voltmetrenin ölçüm mekanizması fikri Şekil 2'de gösterilmektedir. 18. Ölçüm mekanizmasının tamamı bir tür değişken kapasitördür. Bir kelepçe, hareketli parçanın ekseninde bulunan hareketli plakalara, diğeri ise sabit olanlara bağlanır. Cihaz ölçülen gerilime bağlandığında hareketli ve sabit plakalar zıt olarak yüklenir ve birbirlerini çekerler. Hareketli parça sistem kapasitesinin en yüksek olduğu konumu işgal etme eğilimindedir. Hareketli parçaya etki eden dönme torku, kapasitansın değişim hızı ile dönme açısı ve plakalara uygulanan voltajın karesi ile orantılıdır. Karşı tork genellikle helezon yay tarafından üretilir.
Cihazlar hem doğrudan hem de alternatif gerilime uygundur ve alternatif gerilimin etkin değerini ölçer.
Elektrostatik voltmetrelerin okumaları frekansa, voltaj eğrisinin şekline, dış manyetik alanlara veya sıcaklığa bağlı değildir.
Elektrostatik voltmetrelerin olumlu bir özelliği düşük akım tüketimidir. Sabit voltajda, elektrostatik voltmetre hiç enerji tüketmez. Alternatif voltajda akım tüketiminin miktarı, ölçüm mekanizmasının kapasitansına ve frekansına bağlıdır.
Pirinç. 18. Elektrostatik voltmetrenin mekanizmasının şeması: 1 - sabit plakalar; 2 - hareketli plakalar
İncirde. Şekil 19, doğruluk sınıfı 1.5'e göre üretilmiş C95 tipi bir elektrostatik voltmetrenin ölçüm mekanizmasını göstermektedir. Cihaz, 20 Hz ila 10-30 MHz frekans aralığında (ölçüm sınırlarına bağlı olarak) doğru voltajı ve alternatif voltajı ölçmek için tasarlanmıştır. Bunun cihazları
türleri tek limitlidir ve aşağıdaki ölçüm limitlerinden birine sahiptir: 30, 75, 150, 300 ve 600 V; 1; 1,5 ve 3 metrekare
Cihazın maksimum giriş kapasitansı 10 µmF'yi aşmaz; bu, elektrotların (hareketli ve sabit plakalar) küçük boyutuyla elde edilir. Cihazın küçük kapasitesi, hareketli parçanın düşük torkunu belirler, bu nedenle ikincisi gergi tellerine monte edilir. Hassasiyeti artırmak için cihazlar, ışık ışınının çoklu yansımasını içeren bir ışık okuma sistemiyle donatılmıştır.
Cihazın ölçeği, hareketli elektrotun özel şekli nedeniyle oldukça muntazamdır; bu, hareketli parçanın logaritmik yasaya göre dönme açısına bağlı olarak kapasitansta bir değişiklik elde edilmesini mümkün kılar.
C95 cihazlarına ek olarak, 7,5'te C96 tipi üç limitli kilovoltmetreler üretilmektedir; 15 ve 30 kV ve üç limitli kilovoltmetreler 25, 50 ve 75 kV için 100 €.
Panel elektrostatik voltmetreler şu anda yerli sanayi tarafından üretilmemektedir.
Alternatif voltajda elektrostatik voltmetrelerin ölçüm sınırlarının genişletilmesi, kapasitif voltaj bölücüler kullanılarak gerçekleştirilebilir.
Elektronik sistem cihazları. Elektronik sistem cihazları veya tüp cihazları, bir veya daha fazla elektron tüpü içeren bir ölçüm devresinin manyetoelektrik sistemin ölçüm mekanizmasıyla bağlantısıdır.
Tüp voltmetreler, ampermetreler, ohmmetreler, wattmetreler, frekans ölçerler ve çok sayıda özel cihaz bulunmaktadır.
Tüp voltmetreler en yaygın kullanılanlardır. Lamba voltmetrelerinin devreleri oldukça çeşitlidir. Yüksek frekanslı voltajı ölçmek için hem laboratuvar hem de atölye uygulamalarında kullanıldığı için burada VKS-7B lamba voltmetresinin devresini ele alalım.
Pirinç. 19. C95 tipi bir elektrostatik voltmetrenin ölçüm mekanizması: 1 - sabit elektrot; 2 - hareketli elektrot; 3 - eksen; 4 - çatlaklar; 5 - manyetik amortisör
Voltmetre, bir diyot kapasitör doğrultucu ve bir DC amplifikatörden oluşur (Şekil 20). Cihazın terminallerine uygulanan alternatif voltaj, bir diyot tarafından doğrultulur ve manyetoelektrik sayacın bağlı olduğu katot devresindeki triyot ızgarasına beslenir. Ölçülen alternatif voltajdaki bir değişiklik, anot akımında bir değişikliğe neden olur ve bu, sinüzoidal voltajın etkin değerine göre kalibre edilmiş hassas bir manyetoelektrik ölçüm cihazı tarafından not edilir.
Devredeki değişken dirençler, voltajın yokluğunda hassasiyeti değiştirmeye ve alet iğnesini sıfıra ayarlamaya yarar.
Pirinç. 20. VKS-7B lamba voltmetresinin şematik diyagramı
VKS-7B katot voltmetresi genlik tipi bir lamba voltmetresidir ve ölçek, alternatif sinüzoidal voltajın etkin değerine göre kalibre edilmiştir. Gerilim dalga biçiminin sinüzoidalden farklı olması durumunda cihaz okumalarının yanlış olacağı unutulmamalıdır.
Voltmetrenin beş ölçüm limiti vardır: 1,5; 5; 15; 50 ve 150 v. Cihazın temel hatası, distorsiyon faktörü 1'i aşmayan sinüzoidal bir voltajda beş ölçeğin tamamında nominal ölçek değerinin +%3'üdür. . Frekansın değiştirilmesinden kaynaklanan ek hata +1'den fazla olmamalıdır 30 Hz ila 25 MHz arasındaki frekanslarda; 50 MHz'den itibaren frekanslarda +%3 ve 100 MHz'e kadar frekanslarda +%10.
VKS-7B voltmetrenin ölçüm aralığını 10 kV'a genişletmek için DNE-2 tipi bir voltaj bölücü kullanılır.
Elektron tüpü cihazlarının bir başka örneği, ses ve ultrasonik aralıklardaki elektriksel salınımların frekansını metre ölçeğinde doğrudan bir frekans okumasıyla ölçmek için tasarlanmış ICh-5 frekans ölçerdir. ICh-5 cihazı ile frekans ölçümü, bir kondansatör devresindeki doğrultulmuş akımın ortalama değerinin ölçülmesi prensibine göre gerçekleştirilir.
Sator, potansiyel farkın belirli sınırları dahilinde ölçülen bir frekansla yeniden şarj edilir. Ölçer olarak işaretçi manyetoelektrik galvanometre kullanıldı. Galvanometre iğnesinin sapma açısı, saniyedeki deşarj ve yük sayısıyla, yani frekansla doğru orantılıdır.
ICh-5 cihazının ölçülen frekans aralığı 10 ila 100.000 Hz arasındadır ve üst ölçüm sınırları 100, 200, 500, 1000, 5000, 10.000, 20.000, 50.000 ve 100.000 Hz olan on alt aralıktır. Her alt aralıktaki okuma hatası, nominal ölçek değerinin +%2'sini aşmaz. Cihaza sağlanan giriş voltajı 0,5 ila 200 V arasında değişebilir.
