Глава пятая. МЕРЫ, ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ И ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ

5-1. МЕРЫ

Общие сведения. К мерам относят эталоны, образцовые и рабочие меры. Эталоны, занимающие особое место среди мер, предназначены для воспроизведения и (или) хранения единиц физических величин с целью передачи их размера другим средствам измерений (см. § 3-3).

Образцовые и рабочие меры.

По назначению меры делят на образцовые и рабочие. Меры, утвержденные в качестве образцовых, предназначаются для поверки и градуировки рабочих средств измерений. Рабочие меры служат для измерений.

По точности воспроизведения физической величины образцовые меры бывают 1, 2 и 3-го разрядов, причем наименьшая погрешность воспроизведения у меры разряда. По допускаемой погрешности воспроизведения значения физической величины рабочие меры относят к различным классам точности.

По количеству воспроизводимых размеров величины меры делят на однозначные и многозначные и наборы мер. К однозначным мерам относят измерительные катушки сопротивления,

катушки индуктивности и взаимной индуктивности, измерительные конденсаторы постоянной емкости, нормальные элементы и стабилизированные источники напряжения.

Измерительные катушки сопротивления.

Катушки сопротивления выполняют на номинальное значение сопротивления Ом, где — целое число. Они имеют четыре зажима, два из которых называют токовыми, а два — потенциальными. Между потенциальными зажимами сопротивление катушки соответствует номинальному значению при включении катушки в цепь с помощью токовых зажимов. Обмотку катушки сопротивления выполняют из манганина, имеющего большое удельное электрическое сопротивление при малом температурном коэффициенте сопротивления, малой термо-ЭДС в паре с медью и при высокой стабильности своих свойств. Катушки сопротивления могут иметь класс точности от 0,0005 до 0,1 при номинальном сопротивлении от до Ом.

При работе в цепях переменного тока полное сопротивление измерительной катушки меняется при изменении частоты тока из-за собственной емкости С и индуктивности Эквивалентная электрическая схема катушки сопротивления дана на рис. 5-1. Степень реактивности катушки характеризуют постоянной времени где — сопротивление катушки на постоянном токе. Постоянная времени может быть от до с.

Измерительные катушки индуктивности и взаимной индуктивности.

Катушки индуктивности выполняют из проволоки, намотанной на каркас. Они выпускаются с номиналами от до классов точности от 0,05 до 0,5 и с верхним пределом частоты Эквивалентная схема катушки индуктивности совпадает с эквивалентной схемой катушки сопротивлений (рис. 5-1), но с иным соотношением параметров.

Катушки взаимной индуктивности имеют две обмотки, намотанные на общем каркасе. Катушки выпускают с номиналами от до с допускаемой основной погрешностью ±0,1% и с верхним пределом частоты

Измерительные конденсаторы.

В качестве однозначных мер электрической емкости применяют воздушные и газонаполненные конденсаторы и конденсаторы со слюдяной изоляцией. Емкость воздушных конденсаторов не превышает Для работы в цепях высокого напряжения применяют газонаполненные конденсаторы. Измерительные конденсаторы имеют класс точности от 0,005 до 1.

Нормальные элементы.

Однозначной мерой ЭДС и напряжения является нормальный элемент, представляющий собой специальный химический источник электрической энергии, ЭДС

Рис. 5-1. Эквивалентная схема катушки сопротивления

которого известна с большой точностью и при неизменной внешней температуре отличается большим постоянством во времени. Выпускают нормальные элементы с насыщенным и ненасыщенным раствором электролита, отличающиеся своими характеристиками. В зависимости от температуры окружающей среды нормального элемента с насыщенным раствором электролита определяется выражением

где нормального элемента при температуре . Нормальные элементы могут иметь классы точности от 0,0002 до 0,02.

Стабилизированные источники напряжения.

В настоящее время в качестве мер электрического напряжения часто применяют стабилизированные источники напряжения. Например, стабилизированный источник напряжения постоянного тока при отклонении питающего напряжения на ±10% имеет выходное напряжение при номинальном токе нагрузки 1 мА постоянным в пределах

К многозначным мерам относят измерительные генераторы, калибраторы напряжения, тока и фазового сдвига, измерительные конденсаторы переменной емкости, вариометры — меры переменной индуктивности, магазины сопротивлений, емкости, индуктивности, взаимной индуктивности.

Измерительные генераторы.

Измерительные генераторы — это источники переменного тока и напряжения, форма которых заранее известна, а частота, амплитуда и некоторые другие параметры могут регулироваться в определенных пределах и отсчитываться с гарантированной точностью. По назначению и спектру частот они делятся на генераторы синусоидальных сигналов (от сотых долей герца до Гц), шумовых сигналов, импульсных сигналов и сигналов специальной формы. Генераторы синусоидальных сигналов низких частот (до Гц) имеют погрешность установки частоты а погрешность установки напряжения

Калибраторы.

Калибраторы напряжения и тока — это стабилизированные источники напряжения или тока, дающие возможность получать на их выходе ряд калиброванных, т. е. точно

известных значений сигналов. Промышленность выпускает калибраторы постоянного и переменного тока и напряжения. Некоторые калибраторы снабжаются управляющим устройством, позволяющим использовать их в составе автоматизированных поверочных устройств. Например, программируемый калибратор типа выдает калиброванные напряжения от до 1000 В и токи от 1 до 100 мА. Предел допускаемой основной погрешности калибратора зависит от поддиапазона и, например, при напряжении на выходе калибратора 100 В составляет всего Калибратор напряжения переменного тока имеет диапазон выходного напряжения с шестью поддиапазонами; диапазон частот выходного напряжения 20 Гц — 100 кГц с четырьмя поддиапазонами. Основная погрешность, например, при напряжении на выходе калибратора 100 В в частотном диапазоне 400 Гц — составляет

Калибратор фазовых сдвигов имеет диапазон установки фазового сдвига между сигналами двух каналов от 0 до 359° с дискретностью 1°. Частота сигналов от 1 до 20 000 Гц.

Примером измерительного конденсатора переменной емкости может служить конденсатор типа диапазон изменения емкости которого класс точности 0,2.

Магазины.

В качестве многозначных мер получили распространение магазины сопротивлений, емкости и индуктивности, в которых с помощью соответствующих переключателей можно устанавливать необходимое значение величины, воспроизводимой мерой.

Магазины сопротивлений выпускают с диапазоном воспроизведения значения величины от до Ом и классами точности от 0,01 до 0,2. Магазины емкости имеют диапазон воспроизведения и классы точности от 0,005 до 1. Магазины индуктивности (взаимной индуктивности) выпускают с номинальными значениями индуктивности (взаимной индуктивности) старшей декады от 0,001 до с числом декад от

1 до 5; класс точности магазинов от 0,02 до 1.

Находят применение также наборы мер, например набор измерительных конденсаторов. Меры, входящие в набор, могут иметь разные классы точности и различный допустимый частотный диапазон.

Предел допускаемой основной погрешности однозначной меры, выраженный в процентах от номинального значения, определяют по формуле где — численное значение класса точности.

Предел допускаемой погрешности одиночной переменной меры (конденсатор переменной емкости, вариометр и т. п.),

выраженный в процентах от воспроизводимого значения величины, , где — наибольшее значение переменной меры; — воспроизводимое значение.

Предел допускаемой основной погрешности магазина, выраженный в процентах от номинального значения, равен где — число декад магазина; — номинальное значение одной ступени наименьшей декады; — воспроизводимое значение величины.

Для многих магазинов и других многозначных мер класс точности указывается в виде двух чисел Тогда предел допускаемой основной погрешности воспроизводимой величины определяется по формуле (4-3).

Эталоны и меры неэлектрических и магнитных величин частично рассмотрены в § 10-1 и 11-1.