Реферат: Фотогальванометрический веберметр
Санкт-Петербургский государственный
электротехнический университет
“ЛЭТИ”
КафедраИИСТ
Курсовой проектна тему
Фотогальванометрический веберметр
Выполнил:Климченко Ю.А.
Гр.1562
Преподаватель:БишардЕ.Г.
2004г.
Фотогальванометрические приборы для измерения
и регистрации малых токов и напряжений
Обычные показывающие и регистрирующие приборы не отвечают уровню
современных требований почувствительности, точности и быстродействию, что привело к необходимости искатьрешение проблемы в совершенствовании и при- менениикомпенсационных приборов с гальванометрическими и электронными усилителями.
Наиболее распространены фотогальванометрическиекомпенсационные прибо-
ры(ФГКП), в которых используются гальванометрическиеусилители с фотоэлект-
рическими преобразователями.
Отечественная промышленность приобрела большой опыти достигла значитель-
ных успехов в области изготовления ФГКП. Достаточносказать, что выпускаются
приборы с ценой деления 1*10-9В (Ф118) и1*10-11А (Ф128).
Следует отметить, что высокие техническиехарактеристики ФГКП не исклю-
чают наличия у них ряда существенных недостатков,связанных с наличием фото-
электрического преобразователя.
В связи с этим исследуется возможности применения вкомпенсационных при-
борах гальванометрических усилителей странсформаторными (индукционными)
преобразователями (самопишущий милливольтметр Н37-1).
Компенсационные приборы с использованиемгальванометрических усилителей не могут применяться в условиях тряски ивибраций, так как они очень чувстви-
тельны к сотрясениям. В этих случаях используюткомпенсационные приборы с электронными усилителями переменного тока.
Структурная схема прибора такого типа (рис.1)содержит модулятор М, усили-
тель У~,фазочувствительный выпрямитель ФЧВ, обратный преобразователь ОП и
выходнойприбор – миллиамперметр.
В качестве модуляторов применяются вибропреобразователи и динамическиеконденсаторы (при измерениях в высокоомных цепях). Компенсационные приборы сэлектронными усилителями восприимчивы к электромагнитным помехам, что ог-
раничиваетих точность.
Принцип действия. На рис.2 показана принципиальная схема фотогальваномет-
рическогокомпенсационного микповольтметра.
Наличие напряжения Ех на входе гальванометрический усилительвызовет появ-
лениетока в рамке гальванометра, а следовательно, ее вращение. При этом прои-
зойдетперераспределение освещенности фоторезисторов и в выходной цепи при-
борапоявится ток Iвых.Падение напряжения Uк насопротивлении rк<sub/> (Uк=Iвыхrк) стремится скомпенсировать входное напряжения Ex (это обеспечивается опреде-
леннойполярностью включения гальванометра). Полной компенсации в схеме не произойдет,так как для поддержания рамки в откланенном состоянии (в против-
номслучае Iвых = 0) вее цепи должен протекать некоторый ток некомпенсации Iнк. При достаточно высокой чувствительностигальванометра можно считать, что
Iнк»0, тогда Eх»Uк=Iвыхrк (*).
Как показывает равенство (*), выходной ток Iвых может служить мерой Eх. Для измерения этого тока используютсяобычно магнитоэлектрические милли- или микроамперметры, шкала которыхградуируется в единицах напряжения.
Принципиальная схема фотогальванометрическогомикроамперметра приведена на рис. 3. В этой схеме в момент компенсации ток Iх’, являющийся частьюизмеряе-
моготока Iх, которыйсоставляет определенную часть выходного тока Iвых. Если предположить, что rГ=r1+r2и rГ<<rх, а чувствительность гальванометра высокая (DI»0), то будутсправедливыми равенства
Iк=Iвых/>=Iх,
т.е.ток, измеряемый выходным прибором, пропорционален измеряемому току Iх.
В конструкциях ФГКП предусмотрены специальные зажимы для включения ре-
гистрирующегоприбора, с помощью которого можно осуществить запись показа-
ний(на рис.2 и рис.3, а эти зажимы обозначены как зажимы для включения сопро-
тивлениянагрузки rн).
Промышленностью выпускаются также фотогальванометрические компенсацион-
ныеусилители постоянного тока (Ф115, Ф117 и др.), которые отличаются от ФГКПотсутствием встроенного выходного прибора (выходным прибором может служитьстандартный показывающий или самопишущий прибор с соответствующим преде-
ломизмерения).
Фотогальванометрический веберметр
На рис. 4 приведена принципиальнаясхема использования баллистического галь-
ванометрадля измерения магнитного потока. Обозначения на схеме: ИК – измири-
тельнаякатушка, БГ – баллистический гальванометр; М – катушка взаимнойин-
дуктивности; А –амперметр.
Если изменить поток, сцепленный с витками wк измерительной катушки ИК, нап-
ример,от Фх до 0, то на зажимах измерительной катушки возникает э.д.с. ех,кото-
раябудет уравновешена активным и реактивным падением напряжения в цепи бал-
листическогогальванометра; при этом первый наибольший отброс подвижной час-
тигальванометра будет a1m:
ех=-wк/>=ir+L/>,(**)
гдеwк – числовитков измерительной катушки; i – ток в цепи; r – сопротивление це-
пигальванометра (сумма сопротивления рамки гальванометра и сопротивления внешнейцепи); L – индуктивность цепи.
Интегрируя левую и правую часть выражения в пределах времени изменения по-
токосцеплениеи учитывая, что в момент начала и окончания изменения потоко-
сцепленияток равен нулю, получим
wкDФх=Qr,
где DФх– изменение потока за указанное время (в нашем случае DФх=Фх); Q – ко-
личествоэлектричества, прошедшего в цепи.
Так как a1m=SбQ, то Q=Cбa1m, гдеСб – баллистическая постоянная гальванометра в кулонах на деление; a1m – первый наибольшийотброс подвижной части гальва-
нометра.
Окончательно получаем
DФх=/>a1m=/>a1m,
гдеСф=Сбr – постоянная баллистического гальванометра помагнитному потоку в веберах на деление.
Из этого выражения видно, что постоянная баллистического гальванометра Сфза-
виситот сопротивления цепи, поэтому определять ее необходимо при том сопро-
тивлениицепи, при котором производится измерение магнитного потока. Кроме того, так какточность интегрирования импульса зависит от его длительности, из-
менениепотока должно происходить достаточно быстро, чтобы продолжительность
импульсабыла в 20 – 30 раз меньше периода колебаний подвижной части гальва-
нометра.
Для определения постоянной баллистического гальванометра по магнитному по-
токуиспользуют меру магнитного потока в виде двухобмоточной катушки с извест-
нойвзаимной индуктивностью.
При изменении тока в первичной обмотке катушки взаимной индуктивности на не-
которуювеличину DI во вторичной ее обмотке, присоединенной к баллистическомугальванометру (см. рис. 4), произойдет изменение магнитного потока:
DF=MDI,
гдеМ – коэффициент взаимной индуктивности катушки.
Это изменение потока DF вызовет отброс подвижной части баллистического галь-
ванометраb1m.
Отсюда интерисующая нас постоянная баллистического гальванометра по магнит-
номупотоку будет
Сф=/>, Вб¤дел.
Баллистический гальванометр в рассмотренной схеме можно заменить вебермет-
ром.
В магнитоэлектрическом веберметре используется измерительный механизм маг-
нитоэлектрическойсистемы с противодействующим моментом, близким к нулю, и большим моментомэлектромагнитного торможения (рамка веберметра замкнута на измерительнуюкатушку, имеющую обычно малое сопротивление).
Уравнение движения подвижной части веберметра можно записать в следующем виде:
J/>+P2/>=Bswi.
Ток i определяетсяэ.д.с., которая возникает в цепи веберметра при изменении по-
тока,сцепляющегося с витками измерительной катушкой, подключенной к зажимамвеберметра. Эта э.д.с. определяется выражением (**):
J/>+P2/>=/>(ex-L/>).
Интегрируя это выражение за время движения подвижнойчасти (от 0 до t) и учи-
тывая, что в момент времени 0 и t подвижная часть находится в состоянии покоя, получаем
P2 Da=/>=/>DФхwк.
окончательнополучим
Da=/>DFх=/>DFх ,
где Сф – постоянная веберметра, обычновыражаемая в веберах на деление.
Показания веберметра не зависят от временимагнитного потока (как это имело место в баллистическом гальванометре) и внекоторых пределах не зависит от соп-
ротивления внешней цепи (если оно достаточно мало).Так как противодействую-
щий момент прибора равен нулю, то его указатель можетзанимать произвольное по-
ложение. При определении магнитного потока DFх берут разность показаний прибо-
ра Da=a2-a1, где a2 – конечное показание, a2 – начальное показание.
Для установления указателя на нулевую либо другуюудобную отметку шкалы (например, ею иногда может быть средняя отметка) вприборе используют электри-
ческий корректор. Он представляет собой катушку,расположенную в поле постоян-
ного магнита. Если соеденить эту катушку с рамкойвеберметра и изменить поток, сцепляющийся с витками катушки (путем поворотакатушки или магнита), то рамка веберметра отклонится; регулируя положение катушки или магнита,устанавливают указатель прибора в нужное положение.
Баллистическийгальванометр превосходит магнитоэлектрический веберметр по чувствительности ипозволяет изменять магнитные величины с большей точностью, но является приборомнеградуированным и требует определения постоянной по маг-
нитномупотоку Сф в каждом конкретном случае.
Веберметр является переносным прибором, шкала его отградуирована в единицахмагнитного потока, он прост и удобен в работе, его показания в довольно широкихпределах не зависят от сопротивления цепи и времени изменения потокосцепления.
Основными недостатками его являются относительно низкая чувствительность ималая точность.
В значительной мере лишен этих недостатков фотогальванометрический веберметр(ФЭВ).Упрощенная принципиальная схема ФЭВ, поясняющаяпринцип его действия,приведена на рис.5.
Работает схема следующим образом. Разность э.д.с. ех,возникающей на зажимах измерительной катушки ИК при изменении потокосцепления,и э.д.с. ео.с. обратной связи создает ток i, протекающий через обмотку рамки гальванометра Г сминиатюр
нымзеркальцем на подвижной части. Отклонение подвижной части гальванометра поддействием тока i вызывает перемещение светового пятна попоследовательно включенным фотосопротивлениям ФС1 и ФС2, в результате чего навходе усилите-
ляУ появится сигнал и выходной ток I усилителя скомпенсирует ех через отрицате-
льнуюобратную связь при помощи катушки взаимной индуктивности М. Считая вприближении ех»ео.с. (предпологаем, что примененгальванометр высокой чувствите-льности к напряжению, и неучитываем э.д.с.,индуктированную в рамке гальвано-
метрапри ее движении), получим
wк/>»M/>,
т.е.по току I можно судить о потоке Фх.
Ток I можно измерить магнитоэлектрическимприбором, а при необходимости за-
писать самопишущим прибором или осциллографом.Теоретические и эксперимен-
тальные исследования компенсационногофотоэлектрического веберметра подтверж-
дают зависимость тока I от потока Фх и показывают возможность осуществления по-
добногоприбора для измерения весьма малых потокосцеплений.
Все рассмотренные приборы измеряют изменение потокосцепления DY=wкDF=(wкs)ИКB=m0(wкs)ИКH;
B=/>; H=/>.
Некоторые характеристики отечественных приборов:
1) баллистические гальванометры имеют постоянную помагнитному потоку от 0,8 * 10-6 Вб/мм/м (тип М171/12) до 40*10-6 Вб/мм/м (типМ197/1);
2) магнитоэлектрические веберметры имеют пределы измеренияот 500мкВб (тип М199) до 10 м Вб (тип М1119), т.е. постоянная колеблется от5*10-6 Вб/дел до 100*10-6 Вб/дел.;
3) фотоэлектрические веберметры имеют пределы измерения от 2 мкВб до 500 мкВб(тип Ф190), т.е. постоянная колеблется в пределах от 0,02*10-6Вб/дел. до 5*10-6 Вб/дел.
Список литературы
1)“Информационно-измерительнаятехника” — Бишард Е.Г.,2 изд. М: Высшаяшкола 1991
2)”Электрические измерения” –Фремке А.В.
3)”Электромагнитныеустройства ИИТ” –Преображенский А.А.