Метрология, стандартизация и сертификация: Сборник методических указаний к выполнению лабораторных и практических работ

Камчатский государственный технический университет

КОЛЛЕДЖ

С.В. Алексейчук

М Е Т Р О Л О Г И Я, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ Сборник методических указаний к выполнению лабораторных и практических работ для студентов специальностей 2014 «Техническое обслуживание и ремонт радиоэлектронной техники в рыбной отрасли», 1804 «Эксплуатация транспортного электрооборудования и автоматики»

Петропавловск-Камчатский 2004

УДК 620.186 ББК 34.40 А47

Алексейчук С.И. А47

Метрология, стандартизация и сертификация: Сборник методических указаний к выполнению лабораторных и практических работ. – Петропавловск-Камчатский: КамчатГТУ, 2004. – 84 с. Сборник методических указаний к выполнению лабораторных работ по дисциплине “Метрология, стандартизация и сертификация” составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта среднего профессионального образования для студентов специальностей 2014 «Техническое обслуживание и ремонт радиоэлектронной техники в рыбной отрасли», 1804 «Эксплуатация транспортного электрооборудования и автоматики». Рекомендовано к изданию решением ученого совета КамчатГТУ (протокол № 8 от 23 апреля 2004 г.)

УДК 620.186 ББК 34.40

© КамчатГТУ, 2004 © Алексейчук С.И., 2004

СОДЕРЖАНИЕ Стр. 4

Введение……………………………………………………………….. Лабораторная работа № 1 «Определение точности обработки деталей на настроенном станке статистическим методом»……………………………….

5

Лабораторная работа № 2 «Выбор средств измерений, составление блока концевых мер и поверка мерительного инструмента»…………………………….

13

Лабораторная работа № 3 «Электроизмерительные приборы. Определение и классификация измерений и средств измерений»…..………………………….

21

Лабораторная работа № 4 «Принцип действия электроизмерительных приборов»…..……. Практическая работа №1 «Обработка результатов многократных измерений»…………..

31

Практическая работа №2 «Классы точности ния»…………………………..

46 52

средств

измере-

Практическая работа №3 «Допуски и посадки гладких цилиндрических соединений»……..

56

Практическая работа №4 «Единая система док»…………………………….

62 допусков

и

поса-

Практическая работа №5 «Допуски на отклонения формы и расположения. Шероховатость поверхности»…………………………………………………

69

Литература……………………………………………………………..

83

ВВЕДЕНИЕ Измерения являются одним из важнейших путей познания природы человеком. Они дают количественную характеристику окружающего мира, раскрывая человеку действующие в природе закономерности. Математика, механика, физика стали именоваться точными науками только потому, что благодаря измерениям получили возможность устанавливать точные количественные отношения, выражающие объективные законы природы. Все отрасти техники – от строительной механики до ядерной энергетики – не могли бы существовать без развернутой системы измерений, определяющих как все технологические процессы, контроль и управление ими, так и свойства и качество выпускаемой продукции. Дисциплина “Метрология, стандартизация и сертификация” является важной составной частью цикла общеинженерных дисциплин. Внедрение международных стандартов ИСО, постоянно повышающиеся требования к качеству продукции и услуг, обуславливают необходимость подготовки специалистов, которые могли бы понимать принципы системы качества, обладающие широким научно-техническим кругозором. Целью данного курса является ознакомление студентов с государственной и международной системами стандартизации и сертификации, основами электро –и радиоизмерений, а также с требованиями практики, определяющими надежность и необходимость применения стандартов в учебной, научной и инженерной деятельности. Стандартизация должна быть использована на всех стадиях жизни различных судовых систем. При изготовлении, а также при эксплуатации каждой детали необходимо выявлять полученные в результате обработки и эксплуатации размеры, форму поверхности и другие качественные показатели. Величина действительного размера должна быть выявлена измерением, и это измерение нужно выполнять с необходимой точностью, или, как принято говорить, с допустимой погрешностью. Применение непроверенных средств измерений, имеющих отклонения точностных характеристик от номинальных значений, может привести к ошибочному заключению об исправности прибора. Это означает, что для измерения параметров различных физических величин следует применять такое средство (инструмент, прибор) и выполнять приемы измерения так тщательно, чтобы погрешность этого измерения оказалась не больше допустимой, иначе качество детали будет оценено неправильно. Может оказаться, что годная деталь из-за большой погрешности измерения будет браком или, наоборот, испорченная деталь будет объявлена годной.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОЧНОСТИ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ НА НАСТРОЕННОМ СТАНКЕ СТАТИСТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ 1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ Рассчитать данные, необходимые для построения кривой нормального распределения, сопоставить проведенные исследования графически и определить, насколько полученная кривая распределения фактических размеров приближается к теоретической кривой нормального распределения. Методами математической статистики следует определить: меру рассеивания, средний арифметический размер, среднее квадратическое отклонение, вероятность брака в процентах. 2. ОБОРУДОВАНИЕ, ИНСТРУМЕНТ Рабочий чертеж детали, партия обработанных деталей (100 штук), измерительный инструмент - миниметр со стойкой, горизонтальный оптиметр, концевые меры. 3. ЗАДАНИЕ Контроль одного и того же размера у всех деталей контрольной партии, обработанных при одной наладке станка без смены и переналадки инструментов. Анализ полученных размеров методами математической статистики. 4. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Точность обработки деталей тесно связана с качеством машиностроительной продукции. В настоящее время, в связи с внедрением международных стандартов ИСО вопросы точности приобретают особую значимость. Размеры двух любых одинаковых деталей, взятых из одной партии, различны. Измеряя детали из одной партии, изготовленные в одинаковых условиях, можно установить максимальное значение разности их размеров. Величина этого значения называется полем рассеивания размеров. Она характеризует точность выбранного метода обработки для данных производственных условий. Появление того или иного размера у очередной изготовляемой детали является случайным событием, а значение самого размера будет случайной величиной. Неточность обработки поверхностей обрабатываемых заготовок является результатом влияния различных факторов, которые вызывают погрешности. Основными источниками появления отклонений от заданных размеров и формы изделий (погрешностей) являются: - неточность изготовления оборудования, приспособлений для обработки, инструментов и степень их изношенности; - неоднородность заготовок по размерам, форме, механическим, электрическим, химическим свойствам;

- отклонения от установленных режимов обработки (скорость, глубина резания и т.д.); - упругие деформации деталей оборудования, приспособлений, режущих инструментов и изготовляемых деталей; - несовершенство методов измерения; - влияние внешних факторов, таких как температура, давление, влажность, вибрации фундамента и др., приводящие к изменению размеров и свойств обрабатываемых деталей; - человеческий фактор. Если влияние всех факторов в процессе обработки заготовок одинаково и ни один из них не является преобладающим, получение точного, наперед заданного размера в данный момент времени при изготовлении данной партии заготовок не может быть обеспечено. Однако при этом представляется возможным установить наиболее вероятный ожидаемый размер заготовок в данной партии. Многочисленными измерениями деталей, изготовленных по разным технологическим процессам (на станках, автоматах, полуавтоматах и др.), установлено, что наиболее вероятным будет распределение размеров обрабатываемых заготовок в данной партии по закону нормального распределения случайных величин (этот закон выражен кривыми колоколообразного вида, называемыми кривыРисунок 1 Кривая распределения ми Гаусса, см. рисунок 1). Гаусса

Характерными особенностями закона нормального распределения случайных величин является то, что центром распределения случайных величин является их среднее значение, что появление случайных величин с одинаковыми отклонениями от среднего, но с разными знаками (в «+» и в «-»), равновероятно. Чем меньше и чем больше значение случайных величин, тем реже они встречаются. Изучение причин (факторов), вызывающих погрешности при обработке заготовок на металлорежущих станках, позволило установить связь между этими причинами и величинами погрешностей и таким образом управлять погрешностями, снижая их при необходимости до очень малых величин. В результате совокупного действия всех факторов возникает так называемая результирующая погрешность, определяющая отступление от заданного размера. Погрешности в пределах данной совокупности размеров разделяют на две группы: случайные и систематические.

Систематическими называют погрешности, постоянные по величине и знаку или изменяющиеся по определенному закону в зависимости от характера неслучайных факторов. К такого рода погрешностям относятся: погрешности формы обрабатываемой заготовки, зависящие от жесткости системы СПИД, погрешности, связанные с износом инструмента, погрешности настройки станка. Случайными называются непостоянные по величине и знаку погрешности, которые возникают при изготовлении или измерении и принимают то или иное числовое значение в зависимости от случайно действующих причин. Характерным их признаком является вариация значений, принимаемых ими в повторных опытах. Эти погрешности вызываются множеством случайно изменяющихся факторов, таких как припуск на обработку, механические свойства материала, сила резания, различная точность установки деталей на измерительную позицию и т.д., но в общем случае ни один из этих факторов не является доминирующим. Случайные погрешности изготовления проявляются в рассеянии размеров деталей (однотипные детали имеют в одном и том же сечении различные размеры). Основными характеристиками распределения случайной погрешности являются: средний размер X и среднее квадратическое отклонение σ (сигма) (понятие среднего размера относится к любому параметру - диаметру, длине, угловому размеру, отклонению от параллельности, плоскостности, перпендикулярности, соосности и т.д.). Среднее арифметическое значение размеров характеризуют центр, вокруг которого группируются размеры при данном методе обработки. Среднее квадратическое отклонение σ является количественной характеристикой рассеивания размеров при обработке, и поэтому по значению величины σ оценивают точность технологического процесса. Чем круче будет кривая, тем меньше значение σ и, следовательно, точнее будет технологический процесс. Средний размер Lср определяют по формуле: L1 + L 2 + L3 + ... + Ln n Lср = ,

где L1 , L2 ,L3 ... Ln - размеры отдельных заготовок или деталей; n - общее число заготовок или деталей в партии. Среднее квадратичное отклонение σср определяют по формуле: ( L1 − Lcp) 2 + ( L2 − Lcp ) 2 + ... + ( Ln − Lcp ) 2 n .

σср = Для выявления закономерностей погрешностей, возникающих при обработке заготовок, пользуются методами математической статистики. Измерив все заготовки партии, их разбивают на группы с одинаковыми размерами или отклонениями (в пределах определенного интервала) и результаты заносят на координатную плоскость, откладывая по оси ординат число за-

готовок с одинаковыми размерами (частота случаев - частость), а по оси абсцисс - их размеры или отклонения. После соединения точек получают ломаную линию, близкую при достаточно большом числе измерений к кривой фактического распределения. Разность между наибольшими и наименьшими размерами, полученными при измерении, определяют величину рассеивания размеров, которая не должна быть больше допуска на размер. Если величина рассеивания размеров выходит за пределы допуска, то это свидетельствует о том, что погрешности обработки больше допускаемых и, следовательно, имеет место брак. 5. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ 5.1. Обмер деталей партии по наружному диаметру и внесение результатов замеров в графы 1, 2 и 3 таблицы 2 или использование готовых данных из граф 1, 2 и 3 таблицы 1. Использование готовых данных: четные варианты В порядке анализа точности обработки деталей по наружной цилиндрической поверхности ∅12 (d max= 12 мм, d min = 11,93 мм, допуск Т = 0,07 мм) на автомате обработана партия деталей в количестве 100 шт. и произведены замеры исследуемого размера. Детали этой партии обработаны при одной настройке станка без смены и переналадки инструмента. Контролируемый размер измеряли микрометром и результаты измерений распределили по размерным группам с интервалом в 0,01 мм. Таких групп 11. нечетные варианты В порядке анализа точности обработки деталей по наружной цилиндрической поверхности ∅20 (d max= 20 мм, d min = 19,916 мм, допуск Т =0,084 мм) на автомате обработана партия деталей в количестве 100 шт. и произведены замеры исследуемого размера. Детали этой партии обработаны при одной настройке станка без смены и переналадки инструмента. Контролируемый размер измеряли микрометром и результаты измерений распределили по размерным группам с интервалом в 0,01 мм. Таких групп 11. 5.2. Обработка данных, заполнение граф 4-8 таблицы 2. 5.3. Определяем меру рассеяния: Мр=d max - d min; и сравниваем полученное значение с величиной допуска размера (определяем тем самым наличие в партии деталей брак). 5.4. Определяем среднее арифметическое значение размера каждой группы. Результаты расчета вносим в графу 4 таблицы 2.

Средний арифметический размер всех деталей партии определяем по фор-

∑ (d ⋅ m ) ∑m . icp . гр .

i

i муле: dср= В этой формуле числителем является сумма данных графы 2 таблицы 2, а знаменателем - размер партии деталей, т.е. сумма данных графы 3 этой же таблицы.

Таблица 1 Исходные данные Четные варианты ЧисНо Интервалы ло мер размеров детаразмерв группе лей в ной d i, мм группе mi, группы шт 1 11,91-11,92 1 2 11,92-11,93 2 3 11,93-11,94 8 4 11,94-11,95 13 5 11,95-11,96 15 6 11,96-11,97 17 7 11,97-11,98 19 8 11,98-11,99 14 9 11,99-12,00 8 10 12,0-12,01 2 11 12,01-12,02 1

Нечетные варианты Число Но Интервалы детамер размеров в груплей в групразмер- пе пе mi, шт ной d i, мм гру ппы 1 19,89- 19,90 1 2 19,90-19,91 2 3 19,91-19,92 8 4 19,92-19,93 12 5 19,93-19,94 16 6 19,94-19,95 17 7 19,95-19,96 20 8 19,96-19,97 13 9 19,97-19,98 7 10 19,98-19,99 1 11 19,99-20,00 1

5.5. Определяем среднее квадратичное отклонение:

∑ σ=

(d icp.гр. − d ср ) 2 ⋅ mi

∑m

i

,

где числителем дроби под корнем является сумма данных, приведенных в графе 8 таблицы 2. 5.6. Построение графиков фактического и нормального распределения. Определяем координаты пяти характерных точек нормального распределения (см. таблицу 3). Таблица 3

Номер Xi, мм Yi, мм точки Y1=0 1 Х1= -3σ 2 Y2=0,24/σ Х2= -σ 3 Х3=0 Y3=Ymax=0,4/σ 4 Y4=0,24/σ Х4=σ Y5=0 5 Х5=3σ При построении этой кривой абсциссы точек (х1 и др.) откладывают на оси x, считая, что началом координат является точка 0, соответствующая среднеарифметическому размеру dср. 5.7. Определение вероятности возникновения брака при обработке, а также процента выхода годных деталей. Брак имеет место, если поле рассеивания размеров детали (Мр, рассчитанный в п.5.3.) больше допуска размера детали Тd. Сначала по формулам таблицы устанавливаем значения вспомогательных величин Z1 и Z2 , используя данные о предельных размерах готовой детали dmax и dmin, которые устанавливаем по рабочему чертежу детали, затем по таблице 5 по известным значениям Z1 и Z2 определяем функции Ф1 и Ф2. Для отрицательных значений Z берем Ф(-Z)= Ф(Z). В заключение вычисляем величину возможного исправимого брака Рисп и неисправимого Рне и делаем заключение о проценте годных деталей. Таблица 4 Вид брака

Определение Zi

Исправимый

Z1 = (dmax - dср)/σ

Неисправимый

Z2 )/σ

Рисп=(0,5Ф1)100% = (dmin - dср Рне исп=(0,5-Ф2) 100%

КРИВАЯ НОРМАЛЬНОГО И ФАКТИЧЕСКОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ Частость mi, мм Y, мм

Определение Р

di, мм x,

мм

Таблица 2 Исходные данные

Расчетные данные

Число Интер№ разв валы размеров деталей мерной группе mi, в группе di, группы штук мм

1

2

3

Отклонение ПроизвеСредний размер дение данных среднего размера ное группы по графам 3 и 4 группы от средне- средн арифметиче- групп di ср. гр. го (в инского mi, мм тервале) го di ср. гр - d ского di ср. гр , ср. мм ср.)2

4

5

6

6. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА 6.1. Наименование, цель работы. 6.2. Задание. 6.3. Обработка результатов измерений партии деталей. 6.4. Расчет данных и заполнение таблицы. 6.5. Построение графиков фактического и нормального распределения. 6.6. Заключение о проценте годных деталей. 6.7. Выводы о качестве наладки станка и рекомендации по ее улучшению. 7. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ. 7.1. Что такое истинное значение физической величины; действительное значение физической величины; погрешность измерения? 7.2. Назовите причины возникновения погрешностей. 7.3. Что такое систематическая погрешность? 7.4. Что такое случайная погрешность? 7.5. Назовите основные характеристики распределения случайных величин. 7.6. Как классифицируются погрешности, в зависимости от характера проявления; по способу выражения; по зависимости абсолютной погрешности от значений измеряемой величины; по влиянию внешних условий; в зависимости от места возникновения и т.д. Значение функции Ф(z) Таблица 5 Z

Ф(z)

Z

Ф(z)

Z

Ф(z)

Z

Ф(z)

1

2

3

4

5

6

7

8

0,82 0,84 39 0,86 0,88 95 0,90 51

0,29

1,30 1,35 32 1,40 1,45 15 1,50 92

0,40

2,10 2,20 1 2,30 2,40 1 2,50 3

0,482

0, 0,52 0,54 1985 0, 0,56 0,58 2054 0, 0,60 2123 0,21 90 0,22 57 0,23 0,62 0,64 24 0,23 0,66 0,68 89 0,24 0,70 54 0,25

0,29 0,30

0,41

8

32 0,32 0,32 0,33 0,33

0,493

0,43

0,31 1,55 1,60 94 1,65 1,70 52 1,75 05

0,489

8

65

59

0,486

0,491

0,42

0,31 06 0,92 0,94 12 0,96 0,98 64 1,00 15

0,41

0,43 0,44 0,45 0,45

2,60 2,70 3 2,80 2,90 5 3,00 4

0,495 0,496 0,497 0,498

65

99

13

80

0,498

0,45

0,34

0,25

1

54

65

17 1

2

3

4

5

6

7

8

0,72 0,74 42 0,76 0,78 03 0,80 64

0,26

1,05 1,10 31 1,15 1,20 43 1,25 49

0,35

1,80 1,85 41 1,90 1,95 78 2,00 13

0,46

3,20 3,40 31 3,60 3,80 66 4,00 4,50 84 5,00 928

0,499

0,27 0,27

0,36 0,37

44

49 44

72

0,499 0,499 0,499 0,499

0,47

0,39

0,28 81

0,47 0,47

0,38

0,28 23

0,46

968 0,499 997 0,499 9997

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2 ВЫБОР СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ. СОСТАВЛЕНИЕ БЛОКОВ КОНЦЕВЫХ МЕР И ПОВЕРКА МЕРИТЕЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА 1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Освоение техники составления блоков из наименьшего числа единичных плиток, отработка навыков притирки плиток на молекулярный контакт, проверка точности показаний микрометра на собранном блоке и на отдельных мерах. Ознакомиться с конструкцией нониусных инструментов. Освоить технику измерения ими. 2. ОБОРУДОВАНИЕ, ИНСТРУМЕНТ. Набор плоскопараллельных концевых мер, микрометр, штангенциркуль, ветошь, спирт, вата или марля (бязь). 3. ЗАДАНИЕ 1.Составить блок концевых мер заданного размера с притиркой плиток на молекулярный контакт. 2. Проверить точность показаний микрометра. 3. Измерить блок концевых мер штангенциркулем. 4. Дать заключение о годности инструментов. 4. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Метрология – это наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности. Измерение - нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств. Единица физической величины - физическая величина фиксированного размера, принятая по согласованию в качестве основы для качественного оценивания физических величин той же породы. Измерения производят с целью установления действительных размеров изделий и соответствия их требованиям чертежа. Процесс получения и обработки информации об объекте (параметрах детали, механизма и т.д.) с целью определения его годности или необходимости воздействия на факторы, влияющие на объект, называются контролем. Детали машин и других изделий ограничены замкнутыми поверхностями, состоящими обычно из цилиндрических, конических и иных участков. Необходимо различать номинальные геометрические поверхности, имеющие предписанные чертежом формы и размеры, и реальные действительные поверхности и размеры, полученные в результате обработки или видоизмененные в процессе эксплуатации, величины которых определены путем измерения с допустимой погрешностью. Точность размера характеризуется основным отклонением (полем допуска) и квалитетом. Рассмотрим для примера поле допуска отверстия и вала при посадке с зазором (рисунок 1).

Рисунок 1 – СХЕМА ПОЛЕЙ ДОПУСКОВ ПОСАДКИ С ЗАЗОРОМ

Рассмотрим на схеме: Номинальный размер Dн, dн - размер: который служит началом отсчета отклонений и относительно которого определяют предельные размеры. D max Dmin - наибольший и наименьший предельные размеры. Сравнение действительного размера с предельными дает возможность судить о годности детали.

ES, es - алгебраическая разность между наибольшим предельным и номинальным размерами - верхнее предельное отклонение EI, ei - алгебраическая разность между наименьшим предельным и номинальными размерами - нижнее предельное отклонение. Допуск Т - называют разность между наибольшим и наименьшими допускаемыми значениями того или иного параметра. TD = Dmax - Dmin ; Td = dmax - dmin . Допуск размера - разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами или абсолютное значение алгебраической разности между верхним и нижним отклонениями. Допуск всегда положителен. Он определяет допускаемое поле рассеяния действительных размеров годных деталей в партии: т.е. заданную точность изготовления. Для упрощения допуски изображают графически в виде полей допусков. Поле допуска - поле, ограниченное верхним и нижним отклонениями. Основное отклонение - одно из двух отклонений (верхнее или нижнее), используемое для определения положения поля допуска относительно нулевой линии. Таким являются отклонение, ближайшее к нулевой линии. Поле допуска отверстия + 0 -

Нулевая линия Поле допуска вала

Рисунок 2 – СХЕМА РАСПОЛОЖЕНИЯ ПОЛЕЙ ДОПУСКОВ

Поля допуска определяются значениями допуска и его положением относительно номинального размера. При графическом изображении поле допуска заключено между двумя линиями, соответствующими верхнему и нижнему отклонениям относительно нулевой линии (рисунок 2). Нулевая линия - линия, соответствующая номинальному размеру, от которой откладывают отклонения размеров при графическом изображении полей и допусков посадок. Технические средства, имеющие нормированные метрологические свойства, называются средствами измерения. К основным метрологическим показателям средств измерения относятся: Цена деления шкалы - разность значений величин, соответствующих двум соседним отметкам шкалы.

Цена деления шкалы не является точностью прибора! Точность прибора определяется погрешностью и может быть больше или меньше цены деления. Интервал деления шкалы - расстояние между двумя соседними отметками шкалы. У большинства измерительных средств интервал деления составляет от 1 до 2,5 мм. Диапазон измерений - область значения измеряемой величины, в пределах которой нормированы допустимые погрешности средства измерений. Допускаемая погрешность измерительного средства Δ - наибольшая погрешность, при которой измерительное средство может быть допущено к применению. Определяют допускаемую погрешность измерительного средства по ГОСТ 8.051-81. Пределы измерений измерительного средства - наибольший и наименьший размеры, которые можно измерить данным средством. Пределы измерений по шкале - наибольшее и наименьшее значение размера, которое можно отсчитать непосредственно по шкале. При использовании средств измерения возникают погрешности измерения. Погрешность измерений Δизм. - это отклонение результата измерения Хi от истинного значения Хист: Δизм = Хi - Хист Предельные погрешности измерения Δ выявлены теоретическим и экспериментальным путем и опубликованы. Погрешности измерений, в зависимости от характера возникновения, подразделяют на систематические, случайные, прогрессирующие и грубые (промахи). Систематической называется такая погрешность, значение которой при повторных измерениях повторяется или закономерно изменяется. Эти погрешности либо увеличивают результат каждого измерения, либо уменьшают его на одну и ту же величину. Влияние систематических погрешностей можно устранить, если ликвидировать причины их появления или внести поправку в результат измерений, равный величине погрешности, но с обратным знаком. Например: это делается, если известно, что часы уходят вперед на 3 мин. Случайной называется погрешность измерения, принимающая при повторных измерениях одной и той же величины и в тех же условиях разные значения по величине и знаку. Случайные погрешности вызываются многочисленными случайными причинами: влиянием неодинаковости измерительного усилия, влияние зазора между деталями измерительного прибора, погрешностью при отсчете показаний прибора и др. Прогрессирующими являются медленно изменяющие во времени погрешности, их можно скорректировать только в данный момент времени, а далее они снова непредсказуемо изменяются. Характерны для случайных нестационарных процессов.

Грубой называется погрешность отдельного результата наблюдения, который резко отличается от ряда наблюдений. Используя критерии оценки грубых погрешностей этот результат (промах) отбрасывают при обработке результатов многократных измерений. ПЛОСКОПАРАЛЛЕЛЬНЫЕ КОНЦЕВЫЕ МЕРЫ Для воспроизведения длины в промышленности широко используются концевые меры (плитки Иогансена). Плоскопараллельные концевые меры предназначены для проверки и настройки различных измерительных средств. Они имеют разные размеры и комплектуются в наборы непосредственного измерения линейных размеров, для поверки, настройки измерительных приборов, инструментов, станков и т.д. Плоскопараллельные концевые меры - меры, изготовленные в виде бруска прямоугольного сечения с двумя плоскими взаимно параллельными измерительными поверхностями. Благодаря способности к притираемости (т.е. к сцеплению), обусловленной действием межмолекулярных сил притяжения, концевые меры можно собирать в блоки нужных размеров, которые не распадаются при перемещениях. Рабочим размером концевой меры является длина перпендикуляра, опущенного из любой точки измерительной поверхности концевой меры на ее противоположную измерительную поверхность. Плоскопараллельные концевые меры подразделяются по точности изготовления, т.е. по величине допуска на изготовление, на три квалитета (01,0,1), а по точности аттестации рабочих размеров, т.е. по точности, с которой измерен размер самой плитки, на пять разрядов (1,2,3,4,5). Плиткам, у которых наиболее точно аттестованы размеры, присваивается 1-й разряд, а плитки 5-го разряда имеют более грубую аттестацию размера. При помощи плиток можно составлять наборы различных размеров, для чего несколько плиток притираются друг к другу и собираются в блоки из двух, трех, но не более четырех плиток. Блок концевых мер следует собирать из минимального количества мер, чтобы уменьшить число составляющих погрешностей измерений из-за неточностей каждой меры и их соединения. МИКРОМЕТРИЧЕСКИЕ ИНСТРУМЕНТЫ. Микрометрические измерительные инструменты основаны на использовании винтовой пары (винт-гайка), которая преобразовывает вращательное движение микровинта в поступательное. Большинство микрометрических приборов имеет винт с шагом, равным 0,5 мм, поэтому поворот винта в гайке на 360о вызывает его перемещение вдоль оси на 0,5 мм. Микрометры предназначены для измерения линейных размеров прямым абсолютно контактным методом.

Приборостроительные заводы выпускают следующие микрометрические инструменты: - микрометры гладкие для измерения наружных размеров; - нутромеры для определения внутренних размеров; - глубиномеры и т.д. Измерительная сила у микрометров равна 500+ 200 сН. Отсчетное устройство микрометрических инструментов состоит из двух шкал: продольной и круговой. Продольная шкала имеет два ряда штрихов, расположенных по обе стороны горизонтальной линии и сдвинутых относительно друг друга на 0,5 мм. Оба ряда штрихов образуют, таким образом, одну продольную шкалу с ценой деления, равной шагу микрометра. Круговая шкала обычно имеет 50 делений (при шаге винта 0,5 мм). По продольной шкале отсчитывают целые миллиметры и 0,5 мм, а по круговой шкале - десятые и сотые доли миллиметра. Штангенинструменты являются универсальными измерительными средствами К штангенинструментам относятся: - штангенциркули, предназначенные для измерения внутренних и наружных размеров; - штангенглубиномеры, предназначенные для контроля глубины отверстий и пазов; - штангенрейсмасы, предназначенные для разметочных работ и определения высоты деталей. Отсчетным устройством в штангенинструментах является линейный нониус. Это приспособление позволяет отсчитывать дробные доли интервала делений основной шкалы штангенинструмента. Нониусы изготавливают с ценой деления 0,1 и 0,05 мм. При нулевом положении нулевые штрихи основной шкалы и шкалы нониуса совпадают. При этом последний штрих шкалы нониуса также совпадает со штрихом основной шкалы, определяющим длину l шкалы нониуса. При измерении шкала нониуса смещается относительно основной шалы, и по положению нулевого штриха шкалы нониуса определяют величину этого смещения, равную измеряемому размеру. Штангенциркули выпускают трех типов: с двухсторонним расположением губок для наружных и внутренних измерений и с линейкой для определения глубины, двусторонним расположением губок для измерения и для разметки (цена деления нониусов 0,05 или 0,1 мм); с односторонними губками для наружных и внутренних измерений с ценой деления нониуса 0,05 или 0,1 мм. Штангенциркули типа ШЦ - 1 выпускаются с пределами измерений 0 - 125 мм и с величиной отсчета по нониусу 0,1 мм. Штангенциркули типа ШЦ и ШЦШ выпускаются с различными пределами измерения (верхний предел до 2000 мм) с величиной отсчета по нониусу 0,05 мм или 0,1 мм. Погрешность показаний штангенциркулей с величиной отсчета по нониусу 0,05 мм не должна превышать + 0,05 мм, а с величиной отсчета 0,1 мм - + 0,1 мм.

ИЗМЕРЕНИЯ НОНИУСНЫМИ ИНСТРУМЕНТАМИ Для измерения штангенциркулем наружных размеров, деталь зажимается между внутренними измерительными поверхностями губок плотно, без качки. При измерении штангенциркулем внутренних размеров наружные измерительные поверхности губок приводятся в соприкосновение со стенками отверстия. Результат измерения читается непосредственно по шкале с нониусом так же, как и при измерении наружных размеров. При измерении размеров штангенциркулем к отсчету по нониусу прибавляют размер толщины двух губок, который промаркирован на инструменте. 5. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ 5.1. Составить блок концевых мер заданного размера. Составление блока заключается в притирке между собой на молекулярный контакт концевых мер, выбранных путем расчета. Первая мера должна содержать тысячные доли миллиметра, вторая - сотые, и, если возможно, десятые в зависимости от имеющегося набора так, чтобы остаток представлял целое число или целое с десятыми долями (0,5 мм). Этот остаток показывается одной, двумя мерами. ПРИМЕР: Требуется _ 67,895 1,005 -------остаток 66,890 1,39 -------остаток 65,500 5,500 -------60,000

собрать блок 67,895 мм из набора мер из 103 плиток. - 1 мера - 2 мера - 3 мера - 4 мера

Таким образом, блок будет состоять из следующих мер: 1,005 + 1,390 + 5,500 + 60,000 = 67,895. 5.1.2. Перед притиркой очистить меры, протерев их вначале сухой мягкой тканью, затем тканью, смоченной в бензине. 5.1.3. Притереть меры. Притирку лучше начинать с мер малого размера, последовательно притирая к ним меры большего размера. При обнаружении забоин или пятен ржавчины на измерительных поверхностях, замените плитки другими, размеры дефектных плиток и характер дефекта покажите в отчете. 5.2. Проверить точность показаний микрометра.

5.2.1. Отрегулировать микрометр на нуль. 5.2.2. Микрометром, отрегулированным на нуль, проверить один раз показание микрометра на блоке концевых мер. Записать в табл.1 истинный размер блока и показание микрометра. Результат измерений должен сниматься со шкалы микрометра с точностью не выше 0,005 мм (т.е. половины цены делений барабана). Убрать с блока концевую меру меньшего размера, проверить показание микрометра на оставшемся блоке и записать в таблицу истинный размер оставшегося блока и показание микрометра. Далее повторить все до тех пор, пока не останется одна мера или размер блока не выйдет за пределы измерения данным микрометром. Погрешность измерения определяется как разность между показанием микрометра и истинным размером блока при каждой проверке: Δизм =xi - xист Таблица 1 Размер блока Х, мм

Показание микрометра Хi ,, мм

Предел допусПогрешность измере- каемой погрешности Δс.и, ния,Δизм , мкм мкм (табл.2)

За погрешность микрометра принимается наибольшая абсолютная погрешность измерений. 5.2.3. Дать заключение о годности микрометра для измерения по условию Δизм<, Δc.и.. Если оно выполняется, то микрометр годен для измерений. 5.2.4. Повторить все действия п.5.2., используя вместо микрометра штангенциркуль. 6. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА 6.1. Наименование, цель работы. 6.2. Задание. 6.3. Применяемый измерительный инструмент (наименование, тип модель, предел измерений, предел допустимой погрешности измерения). 6.4. Расчет блока мер. 6.5. Результаты измерений и расчетов, сведенные в таблицу. 6.6. Заключение о годности микрометра, штангенциркуля для измерений.

7. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ. 7.1. Что такое метрология? Основные задачи метрологии. 7.2. Назовите основные метрологические параметры средств измерений. 7.3. Чем отличается цена деления шкалы, указанной на средстве измерения с погрешностью измерения этим средством? 7.4. Для каких целей применяют наборы концевых мер? 7.5. Почему надо стремиться к возможно меньшему количеству концевых мер при составлении блока? 7.6. Как определяется годность микрометра для измерений? 7.7.Обьясните устройство и укажите область применения штангенинструментов. 7.8. Что такое погрешность измерения? 7.9. Какие погрешности называются систематическими, случайными, прогрессирующими, грубыми? 7.10. Что такое поле допуска, как оно изображается? 7.11. Как обозначаются предельные отклонения на размер вала и отверстия? 7.12. Какое отклонение на размер считается основным? 8. СПРАВОЧНЫЙ МАТЕРИАЛ Предел допустимой погрешности измерения наружного размера микрометром гладким Таблица 2 Интервал размеров, мм Предел допускаемой погрешности измерения Δс.и., мкм

1 18

–

18 30

5,5

30 50

6,5

50 80

7,5

80 120

9,5

180 260

13

22

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3 ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ ОПРЕДЕЛЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ ИЗМЕРЕНИЙ И СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ. 1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ: изучить общие характеристики и классификацию электрических приборов различных систем, а также условное обозначение приборов по принципу действия.

2.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ.

Измерением называется нахождение значений физических величин опытным путем с помощью специальных технических средств. Средствами электрических измерений называют технические средства, используемые при электрических измерениях и имеющие нормированные метрологические характеристики. Различают следующие виды средств электрических измерений: а) элементарные средства измерений: 1 - меры; 2 - измерительные преобразователи; б) комплексные средства измерения: 3 - электроизмерительные приборы; 4 - измерительные установки; 5 - измерительные информационные системы; 6 – измерительно-вычислительные комплексы. Мерой называется средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера, например, измерительная катушка, сопротивления, конденсатор, гиря и т.д. Измерительными преобразователями называют средства электрических измерений, предназначенные для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки или хранения, но не поддающиеся непосредственному восприятию наблюдателем. Электроизмерительными приборами называют средства электрических измерений, предназначенные для выработки сигналов измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем, например, амперметр, вольтметр, ваттметр, фазометр. Все измерительные приборы подразделяются на аналоговые и цифровые. Измерительная установка состоит из ряда средств измерений и вспомогательных устройств, расположенных в одном месте. При помощи таких установок можно производить более сложные и более точные измерения, чем при помощи отдельных измерительных приборов. Если в состав установки входит эталон, применяемый для поверки средств измерений, то такая установка называется поверочной установкой. Информационно-измерительные системы (ИИС) представляют собой совокупность средств измерений и вспомогательных устройств, соединенных между собой каналами связи. Они предназначены для автоматического получения измерительной информации о состоянии объекта от ряда ее источников, а также для ее передачи и обработки. По организации алгоритма функционирования различают следующие виды ИИС: - с заранее заданным алгоритмом работы, правила функционирования которых не меняются; - программируемые, алгоритм работы которых меняется по заданной программе, которая составляется согласно условиям функционирования объекта исследования; - адаптивные, алгоритм работы, которых (в ряде случаев и структура) из-

меняются, приспосабливаясь к изменениям измеряемых величин и условий работы объекта. Измерительно-вычислительный комплекс (ИВК) - функционально объединенная совокупность средств измерения, компьютеров и вспомогательных устройств, предназначенная для выполнения конкретной задачи. Основными признаками принадлежности средств измерения к ИВК являются: - наличие процессора или компьютера; - программное управление средствами измерения; - наличие нормированных метрологических характеристик; - блочно-модульная структура, состоящая из технической (аппаратной) и программной (алгоритмической) подсистем. По назначению ИВК бывают: а) типовые, предназначенные для решения широкого круга типовых задач автоматизации измерений, испытаний или исследований независимо от области применения; б) проблемные комплексы – разрабатываются для решения специфичной задачи для конкретной области применения; в) специализированные ИВК предназначены для решения уникальных задач автоматизации измерений. В зависимости от способа получения результата измерения делятся на прямые и косвенные, совокупные и совместные. Прямыми называются измерения, результат которых получается непосредственно из опытных данных. Косвенными называются измерения, при которых искомая величина непосредственно не измеряется, а ее значение находится на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, полученными в результате прямых измерений. Например, мощность Р в цепях постоянного тока вычисляется по формуле P=U⋅I: напряжение U в этом случае измеряют вольтметром, а ток I – амперметром. K совокупным относятся производимые одновременно измерения нескольких одноименных величин, при которых искомые значения величин находят решением систем уравнений, получаемых при прямых измерениях различных сочетаний этих величин. К совокупным относятся, например, измерения, при которых массы отдельных гирь набора находят по известной массе одной из них и по результатам прямых сравнений масс различных сочетаний гирь. Совместные измерения - это производимые одновременно измерения двух или нескольких неодноименных величин для нахождения зависимости между ними. 3.

ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И КЛАССИФИКАЦИЯ ПРИБОРОВ.

Все характеристики приборов можно условно разделить на две группы:

метрологические и технические. Наиболее часто используются следующие метрологические характеристики; цена деления шкалы, чувствительность, диапазон показаний, диапазон измерения, погрешность, класс точности, градуировочная характеристика и вариация. Ценой деления шкалы называется разность значений измеряемой величины, соответствующая двум соседним отметкам шкалы. Чувствительностью прибора называется отношение изменения показания прибора ΔY к вызвавшему его изменению измеряемой величины Δx. Различают абсолютную S и относительную So чувствительности: S=ΔY / Δx; So= ΔY / (Δx/x). У приборов необходимо различать диапазон показаний и диапазон измерения. Диапазон показаний (или шкалы) ограничен конечным и начальным значениями шкалы. Диапазон измерений (или рабочая часть шкалы) - это область значений измеряемой величины, для которой нормирована допускаемая погрешность прибора. У многих приборов диапазон измерения равен диапазону показаний, но у некоторых он меньше диапазона показаний, так как точность измерения малых значений настолько низка, что в качестве нижнего предела диапазона измерения часто принимают значение, составляющее 20-30% конечного значения шкалы. Некоторые приборы имеют несколько диапазонов измерения, переход на которые осуществляется с помощью переключателя диапазонов. Различают много видов погрешностей приборов, основные из них можно классифицировать следующим образом: - по способу вычисления: абсолютная, относительная и приведенная погрешности; - по причине возникновения: систематические, случайные, прогрессирующие, грубые погрешности: - в зависимости от условий измерений: основная и дополнительная погрешности. Абсолютной погрешностью прибора Δx называется разность между показаниями прибора Xn и истинным значением измеряемой величины X: Δx= Xn – Xист. Относительной погрешностью ε называется отношение: ε = Δx / x. Приведенной погрешностью δ называется отношение абсолютной погрешности Δx к нормирующему значению Хn: δ = Δx / Хn. Нормирующее значение может быть равно верхнему пределу измерения, диапазону измерения и т.д. Чаще всего в качестве нормирующего значения принимают диапазон измерения. Для прибора с двухсторонней шкалой диапазон равен сумме значений верхнего и нижнего значений пределов измерения: для прибора с безнулевой шкалой диапазон равен разности верхнего и нижнего значений пределов измерения; для прибора с односторонней шкалой диапазон

равен верхнему пределу измерения. Причинами систематических погрешностей прибора могут быть: зазор подвижных частей, износ и старение деталей и элементов прибора, неточность градуировки, изменение коэффициента трансформации в трансформаторах; установка прибора с отклонениями от предусмотренного нормального положения, влияние внешней среды. Причинами случайных погрешностей могут быть крены, дифференты, тряска, вибрации и удары, имеющие место в судовых условиях. Погрешность прибора, используемого в нормальных условиях, называется основной погрешностью. Погрешность прибора, используемого в условиях отличных от нормальных, называется дополнительной погрешностью. Причинами основной погрешности являются: дефекты механических подвижных деталей, неточность подгонки сопротивлении измерительной схемы, нечувствительность и вариация прибора. Причиной дополнительных погрешностей являются: отклонения температуры и влажности окружающего воздуха от нормальных значений, колебания напряжения и частоты питания более ± 2%, наличие вибрации, тряски, ударов, кренов и дифферентов и др. Точностью прибора называется качество, определяющее близость его погрешностей к нулю и количественно выражаемое классом точности прибора. Класс точности прибора обозначается цифрой и определяет значение его допускаемой погрешности. Обозначение класса точности наносится на цифер0,5 0,2; . . блат, щиток или корпус прибора, например: Градуировочной характеристикой прибора называют зависимость между значениями величин па выходе и входе прибора, выражаемую в виде таблицы, графика или формулы. Вариацией показаний прибора называется наибольшая разность показаний при прямом и обратном перемещении показывающих и пишущих устройств при одном и том же значении измеряемой величины и постоянных окружающих условиях. Вариации обусловливаются силами трения и зазорами в кинематике прибора и определяются по формуле: ΔB = (x1 - x2) / (Ан-Ак)⋅ 100%, где x1 и x2 - показания прибора при возрастающем и убывающем значениях измеряемой величины; Ан и Ак - значения, соответствующие началу и концу шкалы. Вариация не должна превышать 0,2% для приборов класса 0,25 и значения допускаемой погрешности для приборов остальных классов. К техническим характеристикам приборов относятся: динамические характеристики, помехоустойчивость, степень защищенности от внешних воздействий, время непрерывной работы, надежность, импедансные характеристики, масса и габариты. Способность средства измерения сохранять установленные значения метрологических характеристик в течение заданного времени при определенных режимах и условиях эксплуатации называется надежностью. Надежность прибора характеризует его поведение с течением времени и является обобщенным понятием, включающим в себя стабильность, безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость.

Надежность прибора количественно характеризует вероятность безотказной работы в течение 2000 ч и сроком службы. Средний ресурс прибора определяется суммарным временем его работы, а срок службы - календарным временем его эксплуатации. К динамическим характеристикам прибора относятся: дифференциальные уравнения, переходная, импульсная переходная, амплитудно-фазовая, амплитудно-частотная характеристики, передаточная функция. Кроме этого динамические характеристики определяются инерционностью, быстродействием и числом колебаний указателя при выходе на новое показание. Инерционность прибора определяется временем, проходящим с момента изменения измеряемой величины до момента начала перемещения указателя прибора. Инерционность приборов в большинстве случаев обусловлена задержками в прохождении измерительного сигнала под воздействием механических, тепловых, электрических и гидравлических факторов, проявляющихся различным образом в зависимости от конструкции приборов. Быстродействие прибора определяется временем прохождения указателем всей шкалы. Для судовых приборов быстродействие находится в пределах от 1 до 16 с; число колебаний указателя не превышает трех. Помехоустойчивость прибора определяется величиной помех - паразитных напряжений и токов в электрических цепях прибора, возникающих по различным причинам. Степень защищенности от внешних воздействий определяется видом исполнения прибора (вибростойкий, брызгозащищенный и т.д.) и характеризует условия его применения, в которых обеспечивается оказанная точность измерения. Кроме приведенных общих характеристик конкретные приборы могут иметь и другие специфические характеристики, связанные с назначением и условиями использования. Приборы можно классифицировать по разнообразным признакам, многие из которых отражены в метрологических и технических характеристиках. Большинство признаков взаимно независимы, и каждый прибор может иметь практически любое сочетание их. К числу таких признаков прибора относятся: область применения измеряемой величины, вид представления информации, уровень автоматизации, точность, условия применения, уровень стандартизации, степень защищенности от внешних воздействий, принцип действия, а также дополнительные признаки. В зависимости от физических явлений, положенных в основу создания вращающего момента, электромеханические приборы подразделяются на следующие основные системы: магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические: ферродинамические, электростатические, индукционные. Кроме перечисленных основных систем электромеханических приборов известны также вибрационные, тепловые и другие системы приборов. В табл. 1 даны условные обозначения приборов по принципу действия.

В основе работы приборов электромагнитной системы лежит принцип механического взаимодействия магнитного поля катушки и ферромагнитного материала сердечника. Прибор данной системы пригоден лак для постоянного тока, так и для переменного тока. Работа механизмов магнитоэлектрической системы основана на взаимодействии магнитного потока постоянного магнита и тока, проходящего по катушке (рамке). Возникающий при этом вращающий момент отклоняет подвижную часть механизма относительно неподвижной. В зависимости от того, какой из указанных элементов (постоянный магнит или рамка) является подвижной частью, различают механизмы с подвижной рамкой и с подвижным магнитом. Эти приборы различны по своим техническим данным и различны в условных обозначениях. Используются приборы магнитоэлектрической системы в цепях постоянного тока. Работа измерительных механизмов электродинамической системы основана на взаимодействии магнитных полей двух катушек с токами - подвижной и неподвижной. Подвижная катушка, укрепленная на оси, может поворачиваться внутри неподвижной. При протекании в обмотках катушек токов возникают электромагнитные силы, стремящиеся так повернуть подвижную часть, чтобы магнитные потоки подвижной и неподвижной катушек совпадали. Приборы электродинамической системы применяются в цепях переменного и постоянного тока. Приборы ферродинамической системы - приборы электродинамической системы с ферромагнитным сердечником. Достоинствами ферродинамических приборов являются меньшая, чем у электродинамических, восприимчивость к внешним магнитным полям, меньшее собственное потребление мощности, больший вращающий момент. Однако, точность и частотный диапазон у них ниже, чем у электродинамических. Указанные свойства ферродинамических приборов определяют область их применения в качестве щитовых и переносных приборов переменного тока, а также в качестве самопишущих приборов. В электростатических механизмах перемещение подвижной части происходит под действием энергии электрического поля системы двух или нескольких электрически заряженных проводников. В данном механизме в отличие от механизмов других систем перемещение подвижной части осуществляется за счет действия непосредственно приложенного напряжения. Поэтому, в основном, электростатические механизмы применяются в приборах, измеряющих напряжение, вольтметрах. В основу работы индукционных приборов положено свойство вращающегося магнитного поля создавать вращающий момент, действующий на подвижное металлическое тело, помещенное в поле. Приборы данной системы используют в цепях постоянного и переменного тока. Термоэлектрическим прибором называют соединение одного или нескольких термоэлектрических преобразователей с магнитоэлектрическим измерительным механизмом. Термопреобразователь состоит из одной или нескольких термопар и подогревателя, через который проходит измеряемый переменный

ток. Термоэлектрические приборы применяют для измерения переменного тока от 1 до 50 А и напряжения от 0,1 до 1000 В. Выпрямительный прибор представляет собой сочетание магнитоэлектрического измерительного механизма с выпрямителем на полупроводниковых диодах. Выпрямитель преобразует переменный ток в пульсирующий, который измеряется прибором магнитоэлектрической системы.

Условное обозначение приборов по принципу действия. Таблица 1 Наименование Условное обозначение Магнитоэлектрический прибор с подвижной рамкой Логометр магнитоэлектрический Магнитоэлектрический с подвижным магнитом Магнитоэлектрический с подвижным магнитом (без механического противодействующего момента) Прибор магнитоэлектрический с выпрямителем (выпрямительный прибор) Прибор магнитоэлектрический с электронным преобразователем в измерительной цепи (электронный прибор) Прибор магнитоэлектрический с неизолированным термопреобразователем (термоэлектрический прибор) Прибор электромагнитный Логометр электромагнитный Прибор электродинамический Логометр электродинамический Прибор ферродинамический Логометр ферродинамический Прибор индукционный Логометр индукционный

Электромагнитный поляризованный прибор Тепловой прибор с нагреваемой проволокой Электростатический прибор Вибрационный прибор (язычковый прибор) Постоянный ток Переменный (однофазный) ток

∼

Постоянный и переменный ток

Трехфазный ток (общее обозначение)

Трехфазный ток при неравномерной нагрузке

Прибор с одноэлементным измерительным механизмом для трехпроводной сети

∼ ∼ ∼ ∼ ∼ ∼ ∼

∼ ∼ ∼

Прибор с двухэлементным измерительным механизмом для трехпроводной сети

Прибор с двухэлементным измерительным механизмом для трехпроводной сети при неравномерной нагрузке фаз

Прибор с двухэлементным измерительным механизмом для четырехпроводной сети при неравномерной нагрузке фаз

Прибор с трехэлементным измерительным механизмом для четырехпроводной сети при неравномерной нагрузке фаз

∼ ∼ ∼ ∼ ∼ ∼

∼ ∼ ∼ ∼

∼ ∼ ∼

∼ Обозначение прочности изоляции и положения прибора

Измерительная цепь изолирована от корпуса и испытана напряжением, превышающим 500 В, например 2 кВ Измерительная цепь изолирована от корпуса и испытана напряжением 500 В

2

Прибор испытанию прочности изоляции не подлежит Прибор применять при вертикальном положении шкалы Прибор применять при горизонтальном положении шкалы Прибор применять при наклонном положении шкалы (например, под углом 60°) относительно горизонтальной плоскости Прибор применять при вертикальном положении шкалы при рабочей области от 80 до 100° Прибор применять при горизонтальном положении шкалы при рабочей области от –1 до +1 Прибор применять при наклонном положении шкалы при рабочей области от 45 до 75°

0

⊥

60°

80…90…100

-1

+1

45…60…75°

4. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ: 1. Что такое средство измерения? Какие функции реализует средство измерения? 2. Назовите виды средств измерения. 3. Дайте определения понятий: «ИИС», «ИВК». 4. Что такое «измерение»? Перечислите виды измерений. 5. Что такое измерительный прибор? 6. Как классифицируются приборы? 7. Как классифицируются приборы по принципу действия? 8. В чем заключается принцип действия приборов магнитоэлектрической, электромагнитной, электродинамической, электростатической, термоэлектрической, выпрямительной, электронной систем? 9. Как делятся электроизмерительные приборы в зависимости от рода тока?

10. Назовите основные метрологические и технические характеристики приборов. 11. Что называется классом точности прибора? Какую погрешность характеризует класс точности прибора? Как определить приведенную; относительную погрешность по классу точности? 12. Что такое надежность средства измерения? 13. Как классифицируются электроизмерительные приборы в зависимости от положения прибора при измерении? 14. Как делятся электроизмерительные приборы по эксплуатационным группам?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4 ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ 1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ: ознакомиться с устройством и изучить принцип действия электрических приборов различных систем. 2. ПРИБОРЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СИСТЕМЫ. В основе работы приборов электромагнитной системы лежит принцип механического взаимодействия магнитного поля и ферромагнитного материала. В настоящее время применяют два типа механизмов этой системы: механизмы с круглой катушкой и механизмы с плоской катушкой. На рис. 1а показан механизм с круглой катушкой. В нем внутри круглой катушки 4 установлены два сердечника из магнитомягкой стали: подвижный, укрепленный на оси и неподвижный 2. Когда по катушке 4 проходит ток, оба сердечника намагничиваются, и отталкивание их одноименных полюсов создает вращающий момент, поворачивающий сердечник 1, связанный со стрелкой. Противодействующий момент создается спиральной пружиной. Успокоитель в этом механизме - магнитоиндукционный многополюсный 5. Для защиты механизма от внешних магнитных полей у измерительного механизма существует ферромагнитный экран 3, надетый непосредственно на катушку. Устройство электромагнитного прибора с плоской катушкой показано на рис. 1б. Неподвижная часть прибора представляет собой плоскую катушку 1 с обмоткой из изолированной проволоки. Концы обмотки присоединяются к зажимам прибора. Подвижная часть прибора имеет ось 4 установленную в подпятниках, на которой помещаются стальной сердечник, стрелка и успокоитель

2. Спиральная пружина 5, создающая противодействующий момент, соединена одним концом с корректором 6, а другим - с осью. Когда по обмотке катушки протекает электрический ток, создается магнитное поле и стальной сердечник втягивается в катушку. В зависимости от силы тока в обмотке сердечник втягивается и катушку в большей или в меньшей степени, поворачивая на некоторый угол ось со стрелкой. Вращающий момент электромагнитного механизма может быть определен, в общем, на основании того, что электромагнитная сила равна изменению энергии магнитного поля при перемещении тела, т.е. f = dWm/dx. Если подвижная часть механизма поворачивается на dα при плече силы l, то dx = l ⋅ dα , а враЭнергия магнитного поля катушки щающий момент Мвр= f ⋅ l = dWm / dα. электромагнитного прибора определяется формулой Wm = L ⋅ I2/2, где L - индуктивность катушки.

б) Рисунок 1 Устройство электроизмерительного прибора электромагнитной системы При повороте подвижной части прибора, т.е. при перемещении, сердечника, индуктивность L изменяется, а значит, изменяется и энергия магнитного поля электромагнитного механизма. Вращающий момент механизма будет М вр = dW m / dα. = I2/2 ⋅ dL / dα. Очевидно, что вращающий момент пропорционален квадрату тока и изменению индуктивности при повороте подвижной части. Зависимость dL / dα = F(α) не поддается точному расчету, но на характер этой зависимости можно воздействовать определенным подбором формы сердечников и их положения в катушке. Противодействующий момент создаваемый пружиной, будет Мпр= kα , где k - некоторый постоянный коэффициент. При равновесии получим I2/2 ⋅ dL / dα = kα , откуда α = k /2 ⋅ dL / dα ⋅ I2 Последнее выражение показывает, что угол отклонения стрелки электромагнитного измерительного механизма пропорционален квадрату тока. Для того, чтобы шкала прибора была равномерная, необходимо, чтобы α = const ⋅ I , где const = I⋅ k/2 ⋅ dL/dα. Последнее условие невыполнимо, при малых токах, потому что тогда бы при I→0 нужно было бы, чтобы dL/dα→∞, а это невозможно. При больших значениях тока удается добиться относительной равномерности. Таким образом, шкала электромагнитного прибора неравномерная: начальные деления шкалы (1/5~1/10) сильно сжаты, во второй половине шкалы деления расположены равномерно. При изменении направления тока направление момента в приборе не изменяется, т.к. втягивание сердечника происходит независимо от того, какой ток (постоянный или переменный) протекает по обмотке, в этом и другом случае ток возбуждает магнитное поле, действующее на сердечник, а сердечник при переменном токе соответственно перемагничивается. Поэтому электромагнитные приборы пригодны для измерения, как в цепях постоянного тока, так и в цепях переменного тока. Однако при переменном токе на показания прибора могут сказываться потери от гистерезиса и вихревых токов. В современных приборах со специальной сталью искажения не велики, что позволяет пользоваться одной и той же шкалой как для постоянного, так и для переменного тока. Количество стали в приборе невелико, причем магнитное поле возбуждается самим измеряемым током и относительно слабо, так как большая часть пути магнитного потока проходит в воздухе. По этой причине измерительный механизм, электромагнитной системы обладает малой чувствительностью, а зна-

чит, трудно построить электромагнитный прибор на малые величины измеряемого параметра, например электромагнитный амперметр на малую силу тока (меньше 0,5А) или вольтметр на малое напряжение (меньше 10 В). Из-за слабости собственного магнитного поля электромагнитные приборы необходимо защищать ферромагнитными экранами. Собственное потребление энергии электромагнитных приборов относительно велико: 0,3-1 Вт в катушке амперметра, а у вольтметра к собственному потреблению нужно прибавить еще потребление мощности в добавочном сопротивлении, в сумме они дадут 3-6 Вт. Класс точности электромагнитных приборов обычно не выше 1,5 главным образом за счет влияния гистерезиса. Электромагнитный измерительный механизм обладает и рядом хороших свойств. В его подвижную часть ток не подводится, а неподвижную катушку легко выполнить с достаточным запасом на перегрузки. Приборы электромагнитной системы выносливы к перегрузкам, дешевы и просты по устройству. Приборами электромагнитной системы измеряют преимущественно переменные напряжения и токи (кроме токов высокой частоты). 3. ПРИБОРЫ МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ. В электроизмерительном приборе магнитоэлектрической системы вращающий момент создается за счет взаимодействия тока, проходящего по катушке измерительного механизма, с полем постоянного магнита. Существует два основных типа приборов магнитоэлектрической системы: приборы с подвижной катушкой (подвижной рамкой) и приборы с подвижным магнитом. Магнитоэлектрический прибор с подвижной рамкой (рис. 2) состоит из постоянного магнита, магнитопровода из мягкой стали, полюсных наконечников, стального цилиндра и легкой алюминиевой рамки, на которую намотана тонкая изолированная проволока. К рамке, установленной на двух полуосях, прикреплен стрелкодержатель со стрелкой. Рамка связана с противодействующими пружинами 2 и 3.

Рисунок 2 Устройство электроизмерительного прибора магнитоэлектрической системы. Между полюсами постоянного магнита с помощью полюсных наконечников 5 и цилиндрического сердечника 8 создается воздушный зазор 6 такой формы, что силовые линии магнитного поля при любом положении рамки 7 перпендикулярны к ее проводникам. Сила, действующая на одну сторону рамки с током в магнитном поле, определяется по закону Ампера: F = I ⋅ B ⋅ l ⋅ w, где I - ток, протекающий по проводникам рамки, l - длина той стороны рамки, которая находится в магнитном поле (активная длина); B - магнитная индукция в воздушном зазоре; w - число витков рамки. На вторую сторону рамки действует такая же сила, но противоположно направленная. Эти силы создадут вращающий момент, который можно записать в виде, произведения силы на плечо, т.е. Мвр = F ⋅ p = I ⋅ B ⋅ l ⋅ w ⋅ p р - ширина рамки, a S = l ⋅ p - площадь рамки. Величины B, S, w для каждого прибора постоянны, поэтому последнюю формулу можно записать в виде:

Мвр = K1⋅ I , где K1 - некоторый постоянный коэффициент. Ток в рамке подводится через две спиральные пружинки, которые одновременно служат для создания противодействующего момента. Момент, создаваемый пружинкой, пропорционален углу закручивания пружины, поэтому Мвр = K2⋅ α, где K2 - некоторый постоянный коэффициент, называемый постоянной прибора α – угол поворота рамки (равный углу закручивания пружины). В равновесном состоянии K1⋅ I = K2⋅ α откуда: α = I ⋅ K1 / K2 = I⋅ K Таким образом, угол поворота рамки и стрелки указателя пропорционален току, т.е. прибор может быть проградуирован как амперметр. На основании закона Ома I = U / rпр , где: U - напряжение на зажимах прибора, rпр - сопротивление прибора. После подстановки получаем α = U ⋅ K / rпр Поскольку отношение K/rпр — для данного прибора – величина постоянная, то последнее выражение показывает, что прибор магнитоэлектрической системы может быть проградуирован как вольтметр. Направление вращающего момента прибора определяется по правилу левой руки: подвижная катушка стремится принять положение, при котором направление ее поля совпадает с направлением поля магнита. При изменении направления тока изменяет свое направление и вращающий момент. При переменном токе частотой 50 Гц подвижная часть прибора будет испытывать быстро чередующиеся импульсы противоположного направления, поэтому стрелка прибора останется на нулевом делении шкалы. Это означает, что приборы магнитоэлектрической системы можно использовать только в цепях постоянного тока. Шкала у приборов магнитоэлектрической системы равномерная. Приборы магнитоэлектрической системы с подвижной рамкой обладают высокой чувствительностью (чувствительность отношение - α / I), сильным собственным магнитным полем, поэтому внешние магнитные поля мало влияют на их показания. Вследствие высокой чувствительности собственное потребление энергии магнитоэлектрическими механизмами относительно мало. Магнитоэлектрические приборы применяются для всех лабораторных и промышленных измерений в цепях постоянного тока. Магнитоэлектрические вольтметры снабжаются добавочными сопротивлениями, а амперметры при токах свыше 0,1 А - шунтами. Замена шунтов и добавочных сопротивлений дает возможность использовать один и тот же механизм для измерения самых различных токов и напряжении. В приборах магнитоэлектрической системы с подвижным магнитом вращающим момент создается воздействием на подвижный магнит магнитного поля измеряемого тока, проходящего по неподвижной катушке. В них нет пружины. Ее заменяет направляющая сила неподвижного постоянного магнита.

Приборы с подвижными магнитами просты по устройству, устойчивы к перегрузкам и дешевы, но точность их низка из-за влияния гистерезиса. Они используются в качестве дешевых приборов для ориентировочных измерений, например на щитках автомобилей. Широкое применение получили электроизмерительные приборы, которые могут измерять силу тока, напряжение и сопротивление. 4. ПРИБОРЫ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКОЙ И ФЕРРОДИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ. В электродинамических измерительных механизмах используют взаимодействие полей катушек, по которым проходят токи. Различают механизмы без ферромагнитных сердечников электродинамические и механизмы с ферромагнитными сердечниками - ферродинамические. На рис. 4 показано устройство электродинамического измерительного механизма. Основными частями механизма является: неподвижная 2 и подвижная 1 катушки, подвижная катушка расположена на оси 6, к которой прикреплена стрелка 5. Ось связана с алюминиевым крылом воздушного успокоителя 4, помещенного в камере 3. Ток к подвижной катушке подводится через спиральные пружины 7, создающие также противодействующий момент. С нижней пружиной соединен корректор 8. При протекании тока по обмоткам катушек, они взаимодействуют между собой. Сила этого взаимодействия поворачивает подвижную катушку вместе с осью и стрелкой. Вращающий момент электродинамического измерительного механизма определяется через изменение энергии магнитного поля механизма при повороте его подвижной части, т.е. Мвр=dWm/dα. В электродинамическом механизме энергия магнитного поля изменяется вследствие изменения положения подвижной катушки, что вызывает изменение взаимной индуктивности катушек М. Энергия магнитного поля взаимной индуктивности определяется формулой Wm= Iп⋅ Iн , где Iп - ток подвижной катушки; Iн - ток неподвижной катушки. С учетом последней формулы, выражение для вращающего момента будет иметь вид: Мвр= Iп⋅ Iн dM/dα.

Рисунок 3 Устройство астатического прибора электромагнитной системы.

Рисунок 4 Устройство электроизмерительного прибора электродинамической системы (а); к пояснению принципа действия прибора (б) Зависимость dM/dα не рассчитывается, но на ее характер можно влиять путём изменения формы катушек и их начального положения. При установившемся отклонении подвижной части механизма вращающий момент равен противодействующему, т.е. Мвр=Мпр или Iп⋅ Iн dM/dα = kα., откуда угол перемещения подвижной части электродинамического механизма выразится формулой α = IпIн/k ⋅ dM/dα. Это значит, что угол перемещения подвижной части механизма пропорционален произведению токов подвижной и неподвижной катушек.

В зависимости от назначения прибора электродинамической системы изменяется и характер его шкалы. Например, в электродинамическом вольтметре обе катушки имеют большое число витков, снабжаются добавочным сопротивлением и в большинстве случаев соединяется между собой последовательно, т.е. в электродинамическом вольтметре, Iп=Iн=U/rv , где U - измеряемое напряжение; rv=rk + rд - общее сопротивление измерительной цепи вольтметра, складывающееся из сопротивления двух катушек rk и добавочного сопротивления rд. С учетом вышеизложенного угол перемещения подвижной части прибора будет: α=U2/(k⋅rv2) ⋅ dM/dα , т.е. шкала электродинамического вольтметра неравномерная. Квадратичный характер шкалы немного сглаживают путем влияния на зависимость dM/dα. В цепи переменного тока мгновенное значение вращающего момента будет Мвр(t)= Iп⋅ Iн⋅ dM/dα. Угол перемещения подвижной части электродинамического механизма, работающего в цепи переменного тока, будет α=( Iп⋅ Iн)/k ⋅ cosϕ dM/dα. Конструктивными мерами добиваются того, что dM/dα = const, тогда α = k1 ⋅ Iп⋅ Iн ⋅ cosϕ . Это означает, что в цепях переменного тока угол перемещения подвижной части механизма пропорционален произведению действующих значений токов в катушках на косинус угла сдвига фаз между токами. Таким образом, приборы электродинамической системы могут применяться как в цепях постоянного, так и в цепях переменного токов, причем шкала у приборов o6oиx родов тока одна и та же. В электродинамических приборах измеряемые токи возбуждают магнитное поле в воздухе, из-за чего оно относительно слабое, и для получения достаточного вращающего момент необходимо, чтобы катушки измерительного механизма имели много витков. Вследствие этого собственное потребление энергии прибором велико. Приборы электродинамической системы чувствительны к внешним полям и поэтому снабжаются ферромагнитным экраном. Из-за наличия подвода тока в подвижную часть в плохих условиях охлаждения электродинамические приборы не могут работать при перегрузках (особенно амперметры). Приборы этой системы - дорогостоящие приборы. Приборы электродинамической системы применяются для лабораторных и контрольных измерений в цепях переменного тока, глазным образом для измерения мощности. Класс точности приборов не очень высок - 1,5, но может быть изготовлен и весьма точный электродинамический прибор (класс точности 0,2 и даже 0,1). Недостатки электродинамических механизмов - чувствительность к внешним магнитным полям и малая устойчивость к перегрузкам - могут быть устранены за счет применения в электродинамическом механизме ферромагнитного магнитопровода. Приборы электродинамической системы с ферромагнитным магнитопроводом называются динамическими. На стенде представлен ферродинамический ваттметр. У ваттметра, как у любого прибора электродинамической системы, существует две катушки. Неподвижная катушка ваттметра имеет малое сопротивление, включается в цепь последовательно и носит название то-

ковой обмотки. Через токовую обмотку протекает ток I, т.е. Iп = I. Подвижная катушка выполняется с большим сопротивлением, включается в цепь параллельно и называется обмоткой напряжения, т.к. на ее цепь воздействует напряжение исследуемой цепи, т.е. In = U / r wv , где rwv - общее сопротивление параллельной цепи ваттметра. 5.

ПРИБОРЫ ИНДУКЦИОННОЙ СИСТЕМЫ.

Индукционная система основана на использовании явления вращающегося магнитного поля: в приборе индукционной системы вращающийся момент создается воздействием результирующего магнитного поля двух или более электромагнитов на подвижную часть - алюминиевый диск, в котором это поле индуктирует вихревые токи. На рис. 5б дана схема устройства однофазного индукционного счетчика энергии. Он состоит из двух неподвижных электромагнитов 1 и 2. Между электромагнитами находится легкий алюминиевый диск 3, крепленный на оси 4, которая связана с цифровым пересчетным механизмом. Для создания тормозного момента в индукционном однофазном счетчике используется постоянный магнит 5.

а)

б) Рисунок 5 Электродинамический (а) и индукционный (б) счетчики. Электромагниты 1 и 2 отличаются по принципу включения и конфигурации. Электромагнит 1 выполняют с почти замкнутым сердечником 111образной формы, его намагничивающая катушка состоит из большого числа витков, подключается параллельно нагрузке и называется обмоткой или электромагнитом напряжения. Электромагнит 2-токовая обмотка индукционного счетчика изготовляется в виде "н-образного" магнита с большим воздушным зазором, на сердечник наматывается малое число витков, обмотка соединяется с нагрузкой последовательно. Катушки электромагнитов питаются переменным током. Токи в катушках создают переменные магнитные потоки. Пронизывая алюминиевый диск, эти потоки создают в нем вихревые токи. Взаимодействие вихревых токов с магнитными потоками создает вращающий момент, под действием которого диск и ось, на которую он насажен, начинают вращаться. Индукционные счетчики нечувствительны к внешним магнитным полям, они надежны в работе, выдерживают значительные перегрузки по току (до 300%) и имеют собственное потребление энергии 3 Вт (счетчики класса точности 1,0) и 1,5 Вт (счетчики класса точности 2,0 и 2,5). 6.

ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ

Электростатические приборы (рис. 6) основаны на взаимодействии хорошо изолированных друг от друга электрически заряженных неподвижного 1 и подвижного 2 электродов, из которых последний обеспечивает перемещение стрелки 3 прибора. В отличие от приборов других систем отклонение подвижной части электростатических приборов зависит не от тока, а только от напряжения, подведенного к их зажимам. Вследствие этого такие приборы можно использовать только как вольтметры постоянного и переменного напряжения частотой от 20 Гц до 40 МГц. Шкала у таких приборов в рабочей части почти равномерная, точность и чувствительность их невелики. Из различных внешних факторов на показание приборов оказывает влияние лишь электрическое поле и несколько сказывается влажность воздуха, изменяющая емкость между электродами. Применение металлического экрана, соединенного с одним из электродов, исключает влияние внешнего электрического поля на показания прибора. Электростатические вольтметры при измерении постоянного напряжения совершенно не потребляют электрическую энергию, а на переменном напряжении мощность потребления ее ничтожна. Эти приборы позволяют измерять большие переменные напряжения без применения измерительных трансформаторов напряжения. Для расширения пределов измерения электростатических вольтметров на переменном напряжении применяют один или два добавочных конденсатора, которые включают последовательно с прибором.

Рисунок 6 Измерительный прибор электрической системы.

7.

ВИБРАЦИОННЫЕ ПРИБОРЫ.

Вибрационные приборы (рис.7) имеют чувствительные элементы в виде ряда закрепленных одним концом стальных пластинок с различным периодом собственных колебаний, что позволяет измерять частоту благодаря резонансу их механических колебаний с колебаниями, возбуждаемыми переменным током измеряемой частоты. Свободные концы пластинок язычкового частотомера согнуты под прямым углом в виде квадратиков и для удобства наблюдений окрашены в белый цвет. Под влиянием переменного магнитного поля, возбужденного электромагнитом переменного тока измеряемой частоты, пластинка, период собственных колебаний которой совпадает с периодом изменения поля, сильно колеблется и ее отогнутый конец, расположенный в прорези шкалы, раскачивается со значительной амплитудой и представляется наблюдателю в виде прямоугольника, что позволяет сделать необходимый отсчет по шкале прибора. Такие язычковые частотомеры, применяемые для измерения промышленной частоты переменного тока, включает в сеть непосредственно или через добавочный резистор. На показания вибрационных частотомеров сильно влияют внешние толчки и вибрации, а их шкала, имеющая дискретный характер, не позволяет измерять частоты, отличающиеся от резонансных частот пластинок - вибраторов, что вынуждает пользоваться стрелочными электромагнитными частотомерами, свободными от таких недостатков.

Рисунок 7

Измерительный прибор вибрационной системы. 8.

ЛОГОМЕТРЫ

Отклонение подвижной части у большинства электроизмерительных механизмов является некоторой функцией тока, проходящего через их катушки. В тех случаях, когда механизм должен служить для измерения величины, не являющейся прямой функцией тока (сопротивления, частоты, температуры и т.д.), необходимо сделать результирующий вращающий момент, зависящим от величины, подлежащий измерению, и не зависящим от напряжения источника энергии. Для таких измерений применяют механизмы, отклонения подвижной части которых определяется отношением токов в двух обмотках. Приборы, построенные по этому принципу, называются логометрами. Логометрические механизмы могут изготовляются любой электроизмерительной системы. Характерной особенностью всех этих механизмов является отсутствие механического противодействующего момента.

Рисунок 8 Схемы включения ваттметров электродинамической системы

Рисунок 9 Конструктивные особенности логометра магнитоэлектрической системы. Подвижная часть логометра состоит из двух катушек 1 и 2 (рис. 9), укрепленных на общей оси и жестко скрепленных между собой под некоторым углом. Ток в эти катушки подводится через три мягкие серебреные спирали, не создающие при закручивании механического момента. Если подвижная часть прибора достаточно уравновешена, то при отсутствии токов она будет находиться в состоянии безразличного равновесия, т.е. стрелка может находиться на любом делении шкалы прибора. Когда цепи токов обеих катушек замкнуты, то на подвижную часть воздействует два вращающихся момента, противоположных по направлению. Вращающие моменты создаются за счет воздействия поля постоянного магнита на токи в катушках: Мвр1= ω1S•B1(α) •I1 ; Мвр2= ω2S•B2(α) •I2 , где ω1, ω2 - число витков подвижных катушек; В1(α), В2(α) - индукции в тех местах поля, где находится данная катушка; I1, I2 - силы тока в катушках; S - сечение катушек (оно одинаково). Предположим, что Мвр1> Мвр2. Под действием большего по величине момента подвижная часть поворачивается, но при этом катушка, ток которой создает больший момент, перемещается в более слабое магнитное поле, следовательно, индукция В1 убывает. Одновременно катушка, ток которой создает меньший момент, входит в более сильное магнитное поле, следовательно, индукция В2 возрастает. Таким образом, по мере поворота подвижной части более сильный вращающий момент убывает, а более слабый – возрастает. Значит, при некотором определенном положении подвижной части должно установиться равновесие моментов: Мвр1= Мвр2 или ω1S•B1(α) •I1 = ω2S•B2(α) •I2 I1 В 2( а ) =C В1( а ) , и значит, угол перемещения подвижной части магнитоТогда I 2

электрического логометра пропорционален отношению величин токов в катушI1 ках: α= f { I 2 }.

9. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ: 1. В чем заключается принцип действия приборов магнитоэлектрической, электромагнитной, электродинамической, электростатической, термоэлектри-

ческой, выпрямительной, электронной систем? 2. Как делятся электроизмерительные приборы в зависимости от рода тока? 3. Каким образом осуществляется установка подвижной части прибора? 4. Расскажите устройство и принцип действия прибора магнитоэлектрической системы? 5. Может ли прибор магнитоэлектрической системы применяться в цепях переменного тока? Почему? 6. Как зависит угол отклонения подвижной части магнитоэлектрического прибора от тока, или приложенного напряжения? Равномерна ли шкала прибора? 7. Где применяются приборы магнитоэлектрической системы, их преимущества и недостатки? 8. Устройство и принцип действия электроизмерительных приборов электромагнитной системы. 9. Как зависит угол поворота подвижной части электромагнитного прибора от силы тока? Равномерна ли шкала электромагнитного прибора? 10. Достоинства и недостатки электромагнитных приборов, области применения. 11. Устройство и принцип действия электродинамического электроизмерительного прибора. 12. Ферродинамический ваттметр. 13. Устройство и принцип действия индукционного однофазного счетчика электрической энергии. 14. Логометры.