Измерительном устройстве

Назначение измерительного механизма - преобразование подводимой к нему электрической энергии в механическую энергию перемещения подвижной части и связанного с ней указателя. Измерительная цепь преобразует измеряемую электрическую величину (напряжение, мощность, ток и т. д.) в пропорциональную ей величину, непосредственно воздействующую на измерительный механизм. Например, в вольтметре измерительная цепь состоит из катушки измерительного механизма и добавочного резистора. При постоянстве сопротивления измерительной цепи ток в измерительном механизме вольтметра пропорционален измеряемому напряжению.

Ток в магнитоэлектрическом измерительном механизме с такими преобразователями периодически пульсирует, и так как у подвижной части прибора значительная инерция, то ее отклонение пропорционально среднему за период значению вращающего момента:

В индукционном измерительном механизме вращающий момент создается воздействием результирующего магнитного поля двух электромагнитов переменного тока на подвижную часть — алюминиевый диск, в котором это поле индуктирует вихревые токи. Электромагниты возбуждаются измеряемыми переменными токами. Поэтому значение вращающего момента зависит от значений токов в обоих электромагнитах и угла сдвига фаз между ними. Это ценное свойство индукционного измерительного механизма положено в основу построения приборов для измерения мощности и энергии в цепях переменного тока.

Задача 6.4. Многопредельный вольтметр имеет четыре предела измерения, для чего последовательно с измерителем включены четыре резистора, а точки соединения их выведены на лицевую панель. При измерении на третьем пределе напряжения t/=t/3HOM = 75 В, падение напряжения в измерительном механизме составляет (/« = 0,3 В при токе/„ = 30 мА. Определить общее сопротивление добавочных резисторов, соответствующее третьему пределу измерения.

В двухрамочном измерительном механизме, который называют логометром, нет противодействующих пружин, вращающий и противодействующий моменты создаются электромагнитными силами. Поэтому при отсутствии тока в обмотках хорошо уравновешенная подвижная часть прибора находится в безразличном равновесии (стрелка останавливается у любого деления шкалы). Когда в катушках есть ток, на подвижную часть действуют два электромагнитных момента, направленные в противоположные стороны.

Назначение измерительного механизма - преобразование подводимой к нему электрической энергии в механическую энергию перемещения подвижной части и связанного с ней указателя. Измерительная цепь преобразует измеряемую электрическую величину (напряжение, мощность, ток и т. д.) в пропорциональную ей величину, непосредственно воздействующую на измерительный механизм. Например, в вольтметре измерительная цепь состоит из катушки измерительного механизма и добавочного резистора. При постоянстве сопротивления измерительной цепи ток в измерительном механизме вольтметра пропорционален измеряемому напряжению.

Ток в магнитоэлектрическом измерительном механизме с такими преобразователями периодически пульсирует, и так как у подвижной части прибора значительная инерция, то ее отклонение пропорционально среднему за период значению вращающего момента:

В индукционном измерительном механизме вращающий момент создается воздействием результирующего магнитного поля двух электромагнитов переменного тока на подвижную часть — алюминиевый диск, в котором это поле индуктирует вихревые токи. Электромагниты возбуждаются измеряемыми переменными токами. Поэтому значение вращающего момента зависит от значений токов в обоих электромагнитах и угла сдвига фаз между ними. Это ценное свойство индукционного измерительного механизма положено в основу построения приборов для измерения мощности и энергии в цепях переменного тока.

Назначение измерительного механизма — преобразование подводимой к нему электрической энергии в механическую энергию перемещения подвижной части и связанного с ней указателя. Измерительная цепь преобразует измеряемую электрическую величину (напряжение, мощность, ток и т. д.) в пропорциональную ей величину, непосредственно воздействующую на измерительный механизм. Например, в вольтметре измерительная цепь состоит из катушки измерительного механизма и добавочного резистора. При постоянстве сопротивления измерительной цепи ток в измерительном механизме вольтметра пропорционален измеряемому напряжению.

магнитоэлектрическом измерительном механизме с такими периодически пульсирует, и так как у подвижной значительная инерция, го ее отклонение пропорционально перисд значению вращающего момента:

В индукционном измерительном механизме вращающий момент создается воздействием результирующего магнитного поля двух электромагнитов переменного тока на подвижную часть - алюминиевый диск, в котором это поле индуктирует вихревые токи. Электромагниты возбуждаются измеряемыми переменными токами. Поэтому значение вращающего момента зависит от значений токов в обоих электромагнитах и угла сдвига фаз между ними. Это ценное свойство индукционного измерительного механизма положено в основу построения приборов для измерения мощности и энергии в цепях переменного тока.

Если электрическое поле изменяется так, что Дя остается постоянным, то N(x) пропорционально Д«?, и, наоборот, если поддерживать постоянным Д^Г, то Ддс пропорционально l/N(x). В данном методе используют обе эти возможности с помощью системы обратных связей в измерительном устройстве.

Метод постоянной емкости. Данный метод основан на охранении емкости структуры постоянной за счет изменения обратного напряжения, приложенного к структуре. По мере того как происходит испускание или захват носителей заряда глубокими уровнями, соответствующее этим процессам изменение емкости компенсируется изменением напряжения с помощью обратной связи в измерительном устройстве. Так как требуемое для этого напряжение 4t/=AQ/C, то можно определить изменение объемного заряда AQ. В этом случае интерпретация экспериментов упрощается, особенно когда концентрация глубоких уровней сравнима с концентрацией легирующей примеси. Пусть в полупроводнике с концентрацией доноров Nd глубокие ловушки с концентрацией Nr а энергией Ег представляют собой акцепторы. Обедненная область структуры простирается до x-~w (0<* >w — /) глубокие уровни отрицательно заряжены, а в области x
Следует отметить, что реализация синхронного детектора не всегда проста: ведь надо иметь опорный сигнал, когерентный (т. е. полученный от того же самого источника) измеряемому. В принципе, опорный сигнал можно генерировать и в самом измерительном устройстве, но он должен синхронизироваться и иметь очень высокую стабильность частоты. Помимо этого, следует учитывать тот факт, что в реальных условиях фаза фс измеряемого сигнала Uс sin (юо^ + Фс) неизвестна и отличается от фазы опорного сигнала, вследствие чего сигнал на выходе синхронного детектора оказывается зависящим от ее значения: ?/вых (t) — Q,5U0U0 cos
Устройство обратной связи 4 используется, в частности, в тех случаях, когда частотный датчик строится на основе автоколебательной системы, например LC- или RC'-генератора. Усилитель 4 LC- ИЛИ R С- генератор а не всегда конструктивно объединяется с остальными элементами датчика; иногда его размещают в отдельном корпусе или даже в измерительном устройстве. Однако, говоря о частотном, временном и фазовом датчиках, удобно рассматривать весь комплекс аппаратуры, на вход которой подается измеряемая величина, а на выходе получается частота, фаза или отрезок времени, имея в виду, что в большинстве случаев эта аппаратура представляет единое целое также и конструктивно.

В измерительном устройстве частота, фаза или время могут быть использованы двумя путями. Можно с помощью частотных, фазовых и временных демодуляторов преобразовать эти величины в напряжение или ток, а последние отсчитывать обычными методами. Такое измерительное устройство называется аналоговым. Другой путь состоит в том, что с помощью счетчиков импульсов и других устройств частота, фаза или время преобразуются в числовой код, который может быть представлен для восприятия человеком на цифровом табло, передан на цифропечатающее регистрирующее устройство или использован для автоматической обработки дан-

Простейший метод частотной демодуляции, т. е. преобразова-ния частоты в постоянный ток, заключается в том, что в измерительном устройстве формируются однополярные импульсы тока определенной величины и длительности, по одному импульсу на каждый период входного сигнала (измеряемой частоты). Формирование таких импульсов может производиться с помощью одновибра-торов или линий задержки, но чаще всего используется метод заряда конденсатора от источника напряжения постоянной величины.

При движении поршня замыкается сначала контакт 9, а затем контакт 8. Конденсаторы Ct и С2 разряжаются на линию, и измерительное устройство получает два импульса, время между которыми зависит от измеряемого зазора. Интересная особенность этого устройства заключается в том, что для связи датчика с измерительным устройством достаточно всего одной пары проводов. Некоторым недостатком является нелинейность характеристики, требующая применения в измерительном устройстве специальных цепей коррекции (см. § 25-5).

Устройство акустического датчика уровнемера. При измерении уровня жидкости резонатором может служить столб воздуха над жидкостью. Из формул для собственной частоты резонаторов следует, что период колебаний прямо пропорционален длине резонатора, поэтому датчики уровнемеров целесообразно строить как временные. При этом шкала получается линейная, но обратная: показания убывают с ростом уровня. Для того чтобы получить прямую зависимость отсчета от измеряемой величины в цифровом измерительном устройстве, нужно выводить на отсчетное устройство не прямой, а так называемый обратный код показаний счетчика импульсов, который в процессе счета убывает от максимального числа до нуля.

В измерительном устройстве с диодом насыщения отклонение напряжения ?/5на первичной обмотке входного трансформатора от номинального значения вызывает изменение напряжения (/„ на его вторичной обмотке

Обработка сигнала на протяжении отрезка времени предполагает наличие в измерительном устройстве элемента памяти. Только в этом случае значения x(ti), x(ti-i), x(ti-2),... могут быть обработаны по заданному алгоритму.

Замена в измерительном устройстве интегратора на инерционный элемент оказывает влияние на динамические характеристики и фильтрующие способности этого устройства.

Регистрация эффективных и пиковых значений в случае динамических ускорений (виброускорений) требует соответствующих выпрямительных схем, как, например, в ламповом вольтметре QRV2 и в универсальном измерительном устройстве UM111 завода «Me3elektronik» в Дрездене.