Основные теоретические положения. В основе работы магнитоэлектрических приборов лежит принцип взаимодействия тока

В основе работы магнитоэлектрических приборов лежит принцип взаимодействия тока катушки с полем постоянного магнита. Уравнение шкалы этих приборов имеет вид:

.
– угол отклонения стрелки; I – измеряемый ток; Sa где _i – чувствительность к току; C_i=1/S_i – постоянная прибора или цена деления, определяющая ток, приходящийся на единицу угла отклонения.
Из уравнения следует, что при перемене направления тока в катушке направление отклонения подвижной части меняется на обратное. Для получения отклонения указателя в нужную сторону необходимо при включении прибора соблюдать указанную на приборе полярность.

Измерительные механизмы (ИМ) магнитоэлектрических амперметров и вольтметров принципиально не различаются между собой. В зависимости от назначения прибора (для измерения тока или напряжения) меняется его измерительная цепь.

При измерении малых токов (от нескольких мкА до 50 мА) ИМ включается в цепь последовательно с нагрузкой (pиc. 2.I,a).

Для измерения токов от 50 мА до 10000 А пределы измерения по току магнитоэлектрического ИМ расширяют при помощи шунта (рис.2.1, б). В вольтметрах последовательно с ИМ включается добавочный резистор, и прибор подключают к участку цепи, где требуется измерить напряжение

(рис. 2.1, в).

В задачу измерений входит не только нахождение самой величины, но также и оценка допущенной при измерении погрешности.

Абсолютная погрешность измерения ΔХ выражается в единицах измеряемой величины и равна разности между измеренным значением X и его действительным значением X₀:

ΔХ=X – X_0.

Относительная погрешность измерения δ обычно выражается в процентах и представляет собой отношение абсолютной погрешности ΔХ к действительному значению измеряемой величины X₀:
.

Точность измерения характеризуется величиной относительной (а не абсолютной) погрешности измерения. В работе рассматриваются аппаратурные или инструментальные погрешности, определяемые конструкцией, схемой, выполнением, градуировкой прибора и его состоянием в процессе эксплуатации, а также погрешности взаимодействия, возникающие из-за потребляемой приборами мощности.Погрешность взаимодействия при измерении напряжения вольтметром вызвана уменьшением сопротивления участка цепи, к которому подключен вольтметр, и снижением напряжения на измеряемом участке. Величина этой погрешности вольтметра равна

, (2.I)
где R_v – сопротивление вольтметра; R_экв – эквивалентное сопротивление цепи относительно зажимов, к которым подключен вольтметр, при замкнутых накоротко источниках питания.

Для уменьшения погрешности взаимодействия необходимо выбирать амперметры с возможно малым, а вольтметры – с возможно большим сопротивлением.

В ходе поверки необходимо сравнить показания поверяемого и образцового измерительного прибора, определить погрешности поверяемого измерительного прибора, а также соответствие его установленному классу точности. В результате поверки определяется основная погрешность прибора, т.е. погрешность при нормальных условиях эксплуатации (температура окружающей среды 20±5°С или другая температура, указанная на шкале прибора, нормальное положение прибора, отсутствие внешних магнитных и электрических полей и т.д.). При работе прибора в условиях, отличающихся от нормальных, появляются дополнительные погрешности (от влияния изменений температуры, внешних магнитных полей, наклона прибора и т.д.). ГОСТ нормирует не только основные, но и дополнительные погрешности приборов.

При поверке приборов экспериментально определяется абсолютная погрешность прибора ΔА – разность между показанием прибора А_X и действительным значением измеряемой величины А₀, которая обычно определяется по образцовому прибору:

ΔA=A_X – A_0.

Относительная погрешность прибора δ определяется в процентах как отношение абсолютной погрешности ΔA к действительному значению измеряемой величины А₀:

.
, которая представляет собой выраженное в процентах отношение абсолютной погрешности ΔA к нормирующему значению AgТочность прибора характеризуется величиной приведенной погрешности _N:
.
Нормирующее значение для приборов с нулевой отметкой на краю шкалы принимается равным пределу шкалы прибора A_m.

По степени точности измерительные приборы делятся на 8 классов: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0. Класс точности прибора _m определяет наибольшую допустимую основную приведенную погрешность прибора. Класс точности характеризует точность прибора, но не является непосредственным показателем точности измерений, проводимых с помощью этого прибора. Из выражений для относительной и приведенной погрешностей можно получить соотношение

, (2.2)
которое свидетельствует о том, что величина относительной погрешности, характеризующая точность измерений, определяется не только классом точности прибора, но и тем, в какой части шкалы производится измерение.

Ход работы

1 Собрать схему поверки магнитоэлектрического микроамперметра, изображенную на рис.2.2.

Здесь μA – поверяемый микроамперметр; A₀ – образцовый цифровой прибор В7–27, который нужно включить по схеме измерения постоянного тока, для чего к входным гнездам I и 0 подсоединить измерительные провода с однополюсными вилками. В качестве сопротивления R_M используется магазин сопротивлений, в качестве R₁ –переменный резистор, укрепленный на макете.

2.По образцовому прибору В7–27 установить предел постоянного тока 100 мкА.

3. Подключить шнур питания цифрового прибора к сети 220В. Установить тумблер "Сеть" прибора в верхнее положение, при этом должны высветиться цифры индикаторного табло.

4.Установить максимальные сопротивления на магазине и резисторе R₁.

5. Проверить, находится ли стрелка поверяемого прибора на нуле шкалы. В случае необходимости корректором установить стрелку на нулевую отметку.

6.Включить источник питания макета (после проверки схемы руководителем), для чего тумблер питания перевести в положение – "ВКЛ".

7.Установить ток, равный верхнему пределу измерения поверяемого прибора, для чего уменьшить сопротивление магазина R_м и резистора R₁. Уменьшать сопротивление магазина следует, начиная со "старших" декад, при этом "младшие" декады должны быть введены. Увеличение сопротивления магазина следует производить с обратной последовательностью, начиная с младших декад. Прогреть схему в течение 10–15 мин.

8.Для проведения поверки прибора увеличить сопротивление цепи, стрелку микроамперметра перевести в начало шкалы. Затем, плавно увеличивая ток, устанавливать стрелку поверяемого прибора поочередно, на каждой цифровой отметке и записывать показания образцового прибора. После того как стрелка пройдет всю шкалу, дать небольшую перегрузку, чтобы она дошла до упора, и затем, плавно уменьшая ток, вновь останавливать ее на каждой цифровой отметке и записывать показания образцового прибора. Во всех случаях не допускать перехода стрелки через намеченную отметку. В случае, если стрелка пройдет намеченную отметку, опыт повторить снова. Результаты поверки записать в табл. 2.1.

9. После проверки преподавателем результатов эксперимента отключить питание макета и образцового прибора.

10. Вычислить абсолютную, приведенную погрешность, а также вариацию поверяемого прибора и сделать заключение о соответствии поверяемого прибора указанному на нем классу точности. В случае несоответствия указать, к какому классу следует отнести прибор по величине основной погрешности и вариации показаний. Результаты расчета записать в табл. 2.1.

Таблица 2.I