Раздел 1. Основы метрологии.

Содержание

Стр.

	Введение в предмет
	Раздел 1. Основы метрологии
1.1	Основные понятия и определения. Cредства измерения.
1.2	Общие сведения об измерениях, методы и виды измерений.
1.3	Погрешности измерений.
	Раздел 2 Методы и средства измерений параметров электрических сигналов и магнитных величин
2.1	Магнитоэлектрические, электромагнитные электромеханические приборы
2.2	Выпрямительные приборы
2.3	Индукционные приборы
2.4	Измерительные мосты
2.5	Компенсаторы постоянного и переменного тока
2.6	Низкочастотные измерительные генераторы синусоидальных сигналов
2.7	Принципы построения низкочастотных цифровых генераторов
2.8	Высокочастотные генераторы сигналов
2.9	Импульсные генераторы сигналов
2.10	Универсальные одноканальные электронно-лучевые осциллографы
2.11	Основные узлы электронно-лучевых осциллографов
2.12	Запоминающие осциллографы
2.13 2.14 2.15 2.16 2.17 2.18 2.19 2.20	Выбор и применение осциллографов Цифровые частотомеры Измерение частоты осциллографом Измерение временных интервалов Измерение сдвига по фазе осциллографом Способы измерения мощности в цепях постоянного и переменного тока Измерение электрической энергии. Схемы включения счетчиков. Измерение магнитных величин.
	Раздел 3 Измерение параметров элементов и компонентов электрических цепей
3.1	Измерение параметров конденсаторов и катушек индуктивности
3.2	Измерение сопротивления. Особенности измерения сопротивления изоляции и заземляющих устройств
3.3	Измерение параметров и характеристик полупроводниковых приборов, интегральных микросхем
4.1 4.2	Раздел 4 Автоматизация измерений Основные направления автоматизации измерительного процесса Измерительные комплексы и системы

Введение в предмет

Программой предмета "Электрические измерения" пред­усматривается изучение учащимися основ метрологии, способов измерений электрических, магнитных и неэлектрических величин.

Базой для изучения предмета служат знания физики, математики, теоретических основ электротехники, электротехнических материалов. Материал предмета «Электрические измерения» необходим для изучения всех остальных электротехнических дисциплин: «Основы промышленной электроники», «Основы автоматики и микропроцессорной техники», «Электрические машины», «Основы электропривода» и других.

В результате изучения предмета учащиеся должны знать:

На уровне представления:

- устройство, принцип действия, характеристики и область применения электроизмерительных приборов;

-основные направления в автоматизации измерений;

-перспективы развития электроизмерительной техники;

-информационно-измерительные системы

- измерительно-вычислительные комплексы

На уровне понимания:

- основы метрологии

- методику определения погрешностей измерения и средств измерения;

- единицы измерения основных электрических величин;

- способы измерений электрических, магнитных и неэлектрических величин;

-условные обозначения на шкалах приборов;

-меры безопасности при проведении электрических измерений;

Учащиеся должны уметь:

- собирать схемы включения электроизмерительных приборов;

- пользоваться электроизмерительными приборами;

- определять значения измеряемой величины и показателей точности измерений.

 

 

Раздел 1. Основы метрологии.

1.1 Основные понятия и определения. Средства измерения.

Метрология наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способа достижения требуемой точности.

Измерением называется совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической величины.

Физическая величина – одно из свойств физического объекта, общее в качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого.

Средства измерения

Средства измерения - технические средства, используемые при измерениях и имеющее нормированные метрологические свойства.

По назначению средства измерения делят на образцовые и рабочие, причем по конструкции и метрологическим характеристикам они могут быть аналогичны.

Образцовые средства измерения запрещается применять для практических измерений, они предназначены для поверки по ним других средств измерений - как рабочих, так и образцовых более низкой точности.

Рабочие средства измерения есть средства, применяемые для измерений, не связанных с передачей размеров единиц физически» величин.

Быть уверенным в правильности показании рабочего средства измерений можно, только поверив его при помощи более точного образцового средства измерений. Поверку средства измерений, то есть определение погрешностей средства измерений и установление его пригодности к применению, проводят только органы метрологической службы, имеющие соответствующее разрешение.

 

Классификация

Наиболее существенным признаком для классификации электроизмерительной аппаратуры является измеряемая или воспроизводимая физическая величина, в соответствии с этим приборы подразделяются на ряд видов:

амперметры — для измерения силы электрического тока;

вольтметры — для измерения электрического напряжения;

омметры — для измерения электрического сопротивления;

мультиметры (иначе тестеры, авометры) — комбинированные приборы

частотомеры — для измерения частоты колебаний электрического тока;

магазины сопротивлений — для воспроизведения заданных сопротивлений;

ваттметры и варметры — для измерения мощности электрического тока;

электрические счётчики — для измерения потреблённой электроэнергии

и множество других видов

по назначению — измерительные приборы, меры, измерительные преобразователи, измерительные установки и системы, вспомогательные устройства;

по способу представления результатов измерений — показывающие и регистрирующие (в виде графика на бумаге или фотоплёнке, распечатки, либо в электронном виде);

по методу измерения — приборы непосредственной оценки и приборы сравнения;

по способу применения и по конструкции — щитовые (закрепляемые на щите или панели), переносные и стационарные;

по принципу действия:

электромеханические: магнитоэлектрические электромагнитные; электродинамические;электростатические;

ферродинамические; индукционные; магнитодинамические; электронные; термоэлектрические; электрохимические.

 

Обозначения:

 

В — приборы вибрационного типа (язычковые)

Д — электродинамические приборы

Е — измерительные преобразователи

И — индукционные приборы

К — многоканальные и комплексные измерительные установки и системы

Л — логометры

М — магнитоэлектрические приборы

Н — самопишущие приборы

П — вспомогательные измерительные устройства

Р — меры, измерительные преобразователи, приборы для измерения параметров элементов электрических цепей

С — электростатические приборы

Т — термоэлектрические приборы

У — измерительные установки

Ф — электронные приборы

Х — нормальные элементы

Ц — приборы выпрямительного типа

 

Электромагнитные приборы

Основной частью электромагнитного прибора является электромагнитный ИМ. Принцип действия электромагнитного измерительного механизма основан на взаимодействии магнитного поля, создаваемого проводником с током, и ферромагнитного сердечника.

В настоящее время применяется большое число различных типов электромагнитных приборов, которые различаются по назначению, конструкции ИМ, форме катушек и сердечников и т. д.

В зависимости от инерционности подвижной части или частоты ее собственных колебаний все электромагнитные приборы разделяются на две группы: резонансные и нерезонансные. Резонансные работают только на переменном токе. В нерезонансных приборах момент инерции подвижной части значителен, и смещение подвижной части пропорционально квадрату действующего значения тока.

В зависимости от характера магнитной цепи приборы разделяются на приборы с магнитопроводом, условно называемым замкнутым, и без магнитопровода. Приборы с магнитопроводом имеют меньшее собственное потребление мощности, но вместе с этим и значительные погрешности из-за потерь в магнитопроводе от вихревых токов и гистерезиса. Приборы без магнитопровода имеют малое собственное магнитное поле и большую зависимость показаний от влияния внешних магнитных полей и позволяют создать приборы высокой точности для работы на постоянном и переменном токе. Эти приборы подразделяются на приборы отталкивающего и втяжного действия. В приборах первого типа расположенные внутри катушки с током ферромагнитные сердечники намагничиваются одноименно и отталкиваются друг от друга

 

1 – катушка; 2 – подвижный сердечник; 1 – катушка; 2, 3 - призматические

 

3 – неподвижный сердечник; 4 – ось; сердечники; 4 – ось; 5 – пружинка;

 

5 – пружинка; 6 - стрелка 6 - стрелка

В настоящее время чаще других применяют электромагнитные измерительные механизмы с прямоугольными и круглыми намагничивающими катушками, призматическими и цилиндрическими сердечниками.

 

При прохождении тока J по намагничивающей катушке 1 в результате взаимодействия электромагнитного поля катушки и сердечника возникает вращающий момент МВР, который определяется по формуле

,

 

где L –индуктивность катушки.

 

Противодействующий момент может создаваться как с помощью спиральных пружинок так и электрическим способом (в электромагнитных логометрах), а успокоение подвижной части механизма осуществляется воздушным или магнитоиндукционным успокоителем.

Приборы на основе электромагнитного измерительного механизма применяются для измерения тока и напряжения в цепях постоянного и переменного тока. Наиболее просто реализуются однопредельные электромагнитные амперметры и миллиамперметры.

Индукционные приборы

Конструктивно индукционный измерительный механизм состоит из одного или нескольких неподвижных электромагнитов и подвижной части, которая обычно выполняется в виде алюминиевого диска, укрепленного на оси. Переменные магнитные потоки, направленные перпендикулярно плоскости диска, пронизывая последний, индуктируют в нем вихревые токи. Взаимодействие потоков с токами в диске вызывают перемещение подвижной части.

 

По числу магнитных потоков, пересекающих подвижную часть, они могут быть однопоточными и многопоточными. Однопоточные индукционные механизмы в измерительной технике в настоящее время не применяются.

Токи I1 и I2, протекающие по обмоткам электромагнитов 1 и 2, возбуждают в сердечниках 1 и 2 магнитные потоки Ф1 и Ф2, сдвинутые по фазе на угол ψ. Эти потоки, пронизывая диск 3, наводят в нем вихревые токи I1,2 и I2,2.

 

Взаимодействие потоков с токами в диске создает момент. В первом приближении можно считать, что индуктивное сопротивление диска мало пол сравнению с его активным сопротивлением. В этом случае вращающие моменты от взаимодействия потока Ф1 и тока I1,2, а также потока Ф2 и тока I2,2 будут практически равны нулю.

Вращающие моменты от взаимодействия потока Ф1 и тока I2,2, а также потока Ф2 и тока I1,2 будут практически равны

 

 

Оба этих момента действуют на подвижную часть в одну сторону. Разные знаки у моментов указывают на то, что один контур тока втягивается в поле, а другой – выталкивается из соответствующего поля.

 

Результирующий момент

 

 

где С = С2 С3 + С1 С4; f - частота изменения потоков; y - угол сдвига фаз между потоками.

 

 

Это выражение показывает следующее:

 

1) для создания вращающего момента необходимо иметь не менее двух переменных магнитных потоков или двух составляющих одного потока, сдвинутых по фазе и смещенных в пространстве;

2) вращающий момент достигает максимального значения при сдвиге фаз между потоками равным 900;

3) вращающий момент зависит от частоты.

 

Измерительные мосты

Двойной мост Томсона.

Для измерения сопротивлений ниже 1 Ом используется двойной мост Томсона, схема которого показана на рис. 4.4.

Сопротивления RX и RH имеют по четыре выходные клеммы, а RР подбирается таким, чтобы ток через RН давал падение напряжения на нем минимум 0,5 В. При равновесии сопротивление RX определяется выражением

 

 

Рис. 4.4.

 

При измерении мост уравновешивается, а затем проводник R убирается, что не должно влиять на равновесие моста. Сопротивление R стремятся сделать как можно меньшим (он изготавливается в виде короткого отрезка достаточно толстого медного провода или шины).

Сопротивления R1, R2, R3 и R4 должны быть меньше 10 Ом каждое, чтобы влияние сопротивлений соединительных проводов и контактов r1, r2, r3, r4 было малым. Кроме того, оно может быть скомпенсировано путем шунтирования R3 или R4 сопротивлением большего значения и уравновешиванием моста без сопротивления R.

На практике сопротивление R2 изменяется путем подключения добавочных сопротивлений, а R1 – путем замены отводов, R4 и R2 регулируются одной ручкой, а R1 и R3 - другой, так что их отношения поддерживаются постоянными. Чтобы исключить влияние термоЭДС, полярность источника питания меняется, как и в мосте Уитстона.

Двойной мост имеет погрешность менее 0,5% для сопротивлений в диапазоне 10 мкОм – 1 Ом. Он также может использоваться для измерений сопротивлений резисторов с двумя зажимами, так как R1,R2, R3, R4 образуют обычный мост Уитстона; погрешность при этом менее 0,02%.

 

Выпрямительные приборы

Представляют собой сочетание измерительного механизма магнитоэлектрической системы с выпрямителем на полупроводниковых диодах.

Схемы соединений диодов с измерительными механизмами можно разделить на две основные групы: однополупериодные и двухполупериодные.

Генераторы импульсов.

 

Генераторы импульсов разделяются по форме выходных импульсов, которая может быть прямоугольной, треугольной, пилообразной и т.д. Наиболее распространены генераторы импульсов прямоугольной формы. Обобщенная структурная схема генераторов импульсов приведена на рисунке.

Задающий генератор (ЗГ) вырабатывает импульсы в заданном интервале частот, которые поступают на формирователь импульсов (Ф1). Сформированные импульсы выводятся для синхронизации внешних устройств (осциллографов, генераторов и т.д.) и поступают на вход устройства задержки (УЗ). Задержанные импульсы служат для запуска формирователя импульсов (Ф2). Формирователь Ф2 вырабатывает импульсы определенной формы и требуемой длительности. Эти импульсы усиливаются выходным усилителем (ВУ). Амплитуда импульсов измеряется пиковым вольтметром (В). Установка, и изменение амплитуды импульсов обеспечивается с помощью выходного аттенюатора АТ.

В ряде случаев возникает необходимость генерировать импульсы синхронно с воздействием на измерительный генератор внешних пусковых сигналов. В этом случае генератор импульсов с помощью ключа SA переводится в режим внешнего запуска.

В качестве ЗГ в генераторах импульсов используются: блокинг-генераторы, мультивибраторы, RC- и LC – генераторы. Для генерирования прямоугольных импульсов часто используются интегральные микросхемы (таймеры).

 

 

Запоминающие осциллографы

Запоминающие трубки. Эти трубки содержат те же элементы, что и ЭЛТ широкого применения. Это позволяет использовать их в режиме осциллографирования без запоминания. Дополнительно запоминающие ЭЛТ оснащают узлом памяти, узлом воспроизведения и вспомогательными электродами. Узел памяти содержит мишень— сетку, покрытую слоем диэлектрика, и коллектор— более крупноструктурную сетку, расположенную поверх мишени. Запись изображения осуществляется электронным лучом высокой энергии (записывающий луч). Электроны луча оседают на мишени, причем количество заряда пропорционально току луча. При перемещении луча на мишени создается, потенциальный рельеф, повторяющий форму осциллограммы. После прекращения действия сигнала потенциальный рельеф мишени сохраняется длительное время (особенно при отключенном питании ЭЛТ).

Для наблюдения записанного изображения служит узел воспроизведения, состоящий из катода с подогревателем, модулятора и электродов коллиматора. Катод создает поток электронов малой энергии, плотность которого регулируется модулятором. Коллиматор формирует широкий пучок, равномерно облучающий мишень. Потенциалы мишени и коллектора подобраны таким образом, чтобы при отсутствии записанного изображения медленные электроны воспроизводящего пучка не могли пройти через мишень. В этом случае свечение экрана минимально. При наличии потенциального рельефу в этих треках мишени часть электронов проходят к экрану, вызывая его свечение. На экране появляется осциллограмма, повторяющая форму потенциального рельефа мишени. Стирание записи производится подачей на мишень положительного импульса, выравнивающего потенциал мишени.

Современные запоминающие ЭЛТ имеют скорость записи от 5-10 до 4000км/с.

Остальные параметры запоминающих ЭЛТ не отличаются от параметров ЭЛТ широкого применения.

Перспективным типом отображающего устройства, применяемого в осциллографах с аналого-цифровым преобразованием исследуемого сигнала, является матричная индикаторная панель. Она представляет собой совокупность отдельных дискретных излучателей (газоразрядных, твердотельных и пр.).

В настоящее время серийно выпускаются матричные индикаторные панели с числом ячеек 100×100, что обеспечивает разрешающую способность 1 лин/мм. Экспериментальные образцы содержат 1000×1000 ячеек, что обеспечивает разрешающую способность, сравнимую с лучшими образцами ЭЛТ.

 

Цифровые частотомеры

Цифровой (дискретного счета) метод измерения частоты реализован в цифровых частотомерах. Принцип действия цифрового частотомера основан на измерении частоты в соответствии с ее определением, т. е. на счете числа импульсов за интервал времени. Данные приборы удобны в эксплуатации, имеют широкий диапазон измеряемых частот (от нескольких герц до сотен мегагерц) и позволяют получить результат измерения с высокой точностью (относительная погрешность измерения частоты 10-6...10-9).

 

Поскольку цифровые частотомеры являются многофункциональными измерительными приборами, то в зависимости от режима их работы можно проводить измерение не только частоты и отношения двух частот, но и интервалов времени (периода следования периодических сигналов и интервала, заданного временным положением двух импульсов).

 

 

 

 

Исследуемый гармонический сигнал частоты fx подается на входное устройство (ВУ), усиливающее или ослабляющее его до значения, требуемого для работы последующего устройства частотомера.Снимаемый с выхода ВУ гармонический сигнал u1 поступает на формирователь импульсов (ФИ), преобразующий его в последовательность коротких однополярных импульсов и2, следующих с периодом Тх = 1/fx и называемых счётными.

Счётные импульсы и2 поступают на один из входов временного селектора (ВС), на второй вход которого от устройства формирования и управления (УФУ) подается строб-импульс u3 прямоугольной формы и калиброванной длительности T0 > Tx. Интервал времени T0 называют временем счета.

 

Временной селектор открывается строб-импульсом u3,и в течение его длительности пропускает группу (пакет) из Nx импульсов и2 на вход счетчика (СЧ). В результате с временного селектора на счетчик поступает пакет из Nx импульсов и4.

 

Число импульсов в пакете Nx = T0 / Tx = T0fx и, следовательно, измеряемая частота пропорциональна числу счетных импульсов, поступающих на счетчик:

 

fx= Nx / T0 (10.5)

 

Для формирования строб-импульса на устройство УФУ поступают короткие импульсы с периодом T0 от схемы, включающей кварцевый генератор (КГ) образцовой частоты fкв и декадный делитель частоты (ДДЧ) следования импульсов с коэффициентом деления Кд (каждая декада уменьшает частоту fкв в десять раз). Период импульсов на выходе декадного делителя частоты и длительность строб-импульса равны периоду сигнала на выходе делителя частоты, т.е. T0 = Кд / fкв. Поэтому выражение (10.5) удобнее представить в виде

 

fx = Nx fкв / Кд (10.6)

 

 

Счетчик подсчитывает число импульсов Nx и выдает соответствующий код в цифровое отсчетное устройство (ЦОУ). Отношение fкв/Кд выбирается равным 10n Гц, где п — целое число. При этом ЦОУ отображает число Nx, соответствующее измеряемой частоте fx в выбранных единицах. Например, ес­ли за счет изменения Кд выбран коэффициент п = 6, то число Nx, отображаемое на ЦОУ, соответствует частоте fx, выраженной в МГц. Перед началом измерений УФУ сбрасывает показания счетчика в нуль.

 

Коммутатором.

По формуле

Отклонения по осям Х и Y.

Чтобы

Рис. 3.3. Компенсационный способ измерения фазового сдвига

фазовый сдвиг между напряжениями 1 u и 2 u′ на входах индикатора равен-

Липса в прямую линию.

Флюксметр

Весьма удобным прибором для измерения постоянного магнитного потока является флюксметр, называемый иногда веберметром или милливеберметром.

Флюксметр представляет собой прибор магнитоэлектрической системы, в котором подвод тока к подвижной рамке осуществляется не через пружинки, а через безмоментные спирали, т. е. в его измерительном механизме отсутствует противодействующий момент. Вследствие этого указатель флюксметра при отсутствии тока в обмотке рамки может занимать любое положение относительно шкалы.

Флюксметр, как и большинство гальванометров магнитоэлектрической системы, имеет бескаркасную рамку, однако он рассчитывается так, чтобы при внешнем сопротивлении, меньшем 20 ом, подвижная часть оказывалась в режиме переуспокоения. Как и у баллистического гальванометра, подвижная часть флюксметра выполняется со сравнительно большим моментом инерции.

Помощи флюксметра.

Для измерения магнитного потока, например постоянного магнита 1, к зажимам флюксметра присоединяется измерительная рамка 2, состоящая из достаточного количества витков медной проволоки. Если эту рамку надеть на испытуемый магнит так, как это показано на рис., то во время перемещения рамки 2 в ней будет наводиться э.д.с., создающая ток в цепи прибора. Под действием этого тока подвижная рамка 3 прибора начнет поворачиваться. После того как измерительная рамка 2 будет приведена в положение, показанное на рис 3, и остановлена, э.д.с., действовавшая в ней, исчезнет, но рамка 3 по инерции будет еще немного продолжать двигаться.

Переместившись на некоторый угол a от начального положения, рамка 3 остановится. Теория флюксметра показывает, что движение рамки прекращается после того, как число потокосцеплений витков рамки 3 с потоком магнита 4 изменится на столько же, сколько создалось потокосцеплений измерительной рамки 2 с измеряемым потоком Ф.

Если успокоение прибора достаточно велико, для чего сопротивление цепи рамки не должно превышать некоторый определенный для данной конструкции предел (обычно 8—20 Oм), то между углом поворота стрелки флюксметра и измеряемым магнитным потоком будет иметь место простая зависимость

где Ф – измеряемый поток;

w — число витков измерительной рамки 2;

Сф— постоянная флюксметра в максвелл-витках или вебер-витках на одно

деление шкалы.

Определение постоянной флюксметра Сф производится таким же способом,

как и определение постоянной баллистического гальванометра, с применением образцовых взаимных индуктивностей.

При описанном устройстве флюксметра работа с ним затрудняется из-за

невозможности установки его подвижной части в нулевое положение, так как при снятии катушки 2 с испытуемого магнита рамка 3 хотя и получит толчок в обратном направлении, но не придет точно в исходное нулевое положение. Это обусловлено неизбежным необратимым рассеиванием энергии в виде тепла, выделяемого током в цепи рамки, а также потерями энергии на трение в опорах подвижной части прибора и трение ее о воздух. В изготовляемых микровеберметрах имеется дополнительное приспособление — электромагнитный корректор, позволяющий устанавливать стрелку прибора в любое положение, в частности и на нулевую отметку. Это приспособление, встроенное в корпус прибора, схематически показано на рис. 12.3 и обведено пунктиром. Устройство

его подобно механизму магнитоэлектрического прибора: между полюсами

постоянного магнита помещена рамка 5, которую можно поворачивать от руки головкой 6.

Для изменения положения указателя флюксметра относительно его шкалы, в частности для установки указателя на нулевую отметку, переключатель 7 переводят в положение, отмеченное буквой К, при котором рамка прибора соединяется с рамкой корректирующего устройства. При этой схеме поворот рамки 5 головкой 6 будет вызывать соответствующее изменение положения указателя флюксметра.

Установив указатель флюксметра в желаемое положение, переводят переключатель 7 в рабочее положение, отмеченное на рис. 3 буквой И.

Флюксметр является прибором менее чувствительным, чем баллистический

гальванометр, и поэтому не может применяться для измерения слабых магнитных полей.

При измерении достаточно сильных полей флюксметр имеет ряд преимуществ по сравнению с баллистическим гальванометром. Постоянная флюксметра практически не изменяется при изменении внешнего сопротивления цепи рамки в достаточно широких пределах от нуля до 8—20 Ом Наибольшее допустимое значение этого сопротивления указано на шкале прибора. Показания флюксметра остаются правильными при изменении в широких пределах скорости удаления (или внесения) измерительной рамки из магнитного поля. При работе с баллистическим гальванометром эта операция должна производиться очень быстро (за 0,1—0,2 секунды) Указатель флюксметра, отклонившись на определенный угол, остается в

этом положении неподвижным достаточно долго для спокойного отсчета показаний.

В противоположность этому, при работе с баллистическим гальванометром для обеспечения правильности отсчета максимального отклонения указателя требуется большое напряжение внимания.

Пермеаметры

Исследование свойств стали путем снятия кривой намагничивания кольцевой пробы дает наиболее точные результаты, но практически неудобно из за

трудности изготовления образца и из-за сложности наложения на него обмоток. Эти затруднения отпадают при применении пермеаметров — устройств, позволяющих быстро и удобно осуществлять относительно равномерное намагничивание образцов стали, имеющих форму стержней круглого или прямоугольною сечения

На рис. 4а, а дан внешний вид одной из конструкций пермеаметра, а на рис 4б приведена схема включения его.

Основными частями этого пермеаметра являются массивная рама 1 из мягкой стали с высокой магнитной проницаемостью и две обмотки w1 и w2.

Через боковые отверстия в раму вводится испытуемый образец Р, плотно

зажимаемый при помощи специальных конических втулок. Обмотка w1

является намагничивающей, обмотка w2 служит для включения

баллистического гальванометра. Переключатель 2 позволяет включать и изменять направление тока в намагничивающей обмотке. Порядок определения магнитного потока в испытуемом образце остается таким же, как и при испытании кольцевой пробы. Некоторое затруднение возникает с вычислением напряженности магнитного поля Н. Вычисление ее по формуле

где l — длина образца, было бы справедливо только при бесконечно малом

магнитном сопротивлении ярма и стыков пробы с ярмом Сопротивлением этим можно пренебречь при испытании материалов с низкой магнитной проницаемостью (чугун, поделочные стали),

а— внешний вид б — схема включения

при испытании же проб с высокой магнитной проницаемостью необходимо при вычислении напряженности поля вводить поправки. Эти поправки даются в виде кривых срезывания, прилагаемых к прибору.

Амперметры, предназначенные для пермеаметров, иногда градуируют не в амперах, а в значениях напряженности магнитного поля исходя из приведенной выше зависимости между Н и I.

Ваттметровый метод.

 

На рис 5 дан общий вид, аппарата для определения ваттметровым методом потерь в пробах листовой стали, применяемой для изготовления магнитопроводов электрических машин и трансформаторов. Четыре гетинаксовые втулки 1 прямоугольного сечения укреплены на общем основании, образуя квадрат. На втулках помещены две обмотки с равным числом витков: w1 намагничивающая и w2 — измерительная.

Во втулки закладывают пакеты 2 из листов испытуемой стали. Стыки пакетов

тщательно стягиваются при помощи особых зажимов, не показанных на схеме. Для устранения потерь в стыках в них закладывают тонкие прокладки из электротехнического картона, толщина которых предварительно тщательно измеряется микрометром и в дальнейшем учитывается при подсчете намагничивающих ампер-витков.

Намагничивающая обмотка питается от источника переменного " тока с регулируемой частотой, измеряемой частотомером Hz. К вольтметру V и к параллельной обмотке ваттметра подается напряжение от измерительной обмотки. Переменный ток, проходя по намагничивающей обмотке, создает в сердечнике переменный магнитный поток с амплитудным значением Фм. Этот поток создает в измерительной обмотке э.д.с

 

Ваттметр, включенный по схеме измеряет сумму мощности,

затрачиваемой на покрытие потерь в стали, и мощности, потребляемой вольтметром и параллельной обмоткой ваттметра. Учитывая это, потери в образце определяют по формуле

где Рвт— показание ваттметра,

RB—сопротивление вольтметра;

Rm —сопротивление параллельной обмотки ваттметра.

Индукционный метод. Для исследования свойств образцов стали при намагничивании переменным током, а также для определения характеристик готовых магнитопроводов переменного тока широко применяют индукционный метод измерения магнитного потока. Индукционный метод по существу заключается в измерении э.д.с., индуктированной исследуемым переменным магнитным потоком в измерительной обмотке с известным числом витков.

Измерение индуктированной э.д.с. может производиться различными средствами, одним из которых является потенциометр переменного тока. На рис. 7 дан пример использования потенциометра для измерения переменного магнитного потока в какой-либо части сложной магнитной цепи.

Измерительную рамку 1 с известным числом витков помещают в данный аппарат или машину так, чтобы она охватывала весь магнитный поток, подлежащий измерению.

Электродвижущую силу Е, возникающую в рамке 1, измеряют потенциометром переменного тока, после чего магнитный поток подсчитывается по формуле

По найденному значению Фm, зная размеры магнитопровода, можно

подсчитать индукцию в данном участке магнитной цепи по формуле

где s — сечение магнитопровода.

Этой же формулой пользуются и для определения магнитной индукции в каком-либо воздушном зазоре магнитной цепи, если можно пренебречь явлением распора силовых линий.

При необходимости измерить индукцию в воздушном зазоре магнитной цепи, когда нельзя пренебречь явлением распора силовых магнитных линий, помещают непосредственно в зазор миниатюрную измерительную рамку с известной площадью s p. В этом случае определяется среднее значение индукции в том месте зазора, где находится рамка, по формуле

где sp — площадь рамки, м2.

Особым преимуществом описанного способа измерения магнитного потока является отсутствие тока в измерительной рамке.