Магнитоэлектрический милливольтметр

Схема его измерительного механизма показана на рисунке 14.136.

Механизм состоит из рамки 2, вращающейся в кольцевом зазоре между полюсными наконечниками постоянного магнита NS и цилиндрическим сердечником 1 из мягкой стали. Рамка 2 вместе со стрелкой 7 для отсчета показаний по шкале 6 прибора закреплены на кернах 5, опирающихся на подпятники 3. Установленные на кернах спиральные пружинки 4, создающие противодействующий повороту рамки момент, крепятся одним концом к оси 5, а другим — к неподвижной части прибора. Кроме того, эти пружинки являются токоподводящими элементами рамки. Рамка, закрепленная на кернах, изготавливается как с горизонтальной, так и с вертикальной осью вращения. Для обеспечения большей чувствительности милливольтметров, гальванометров и самопишущих милливольтметров их рамка крепится на вертикальных ленточных растяжках из фосфористой бронзы. Эти ленты при повороте рамки, скручиваясь, создают противо­действующий момент, и одновременно по ним осуществляется подвод тока в рамку. Рамка представляет собой прямоугольник длиной l и шириной 2г и состоит из n витков тонкой медной проволоки, скрепленных между собой лаком. Благодаря сердечнику 1, расположенному внутри рамки, последняя оказывается под действием равномерного и радиального магнитного поля, в силу чего, независимо от угла поворота рамки, плоскость ее оказывается параллельной вектору магнитной индукции В. Таким образом, при протекании по рамке электрического тока I на подвижную систему действует магнитоэлектрический момент, который можно вычислить по формуле (14.60) /8/

Рисунок 14.136 - Схема измерительного механизма магнитоэлектрического мильвольтметра

(14.60)

Противодействующий момент Мпр, создаваемый спиральной пружиной или подвеской вычисляют по формуле (14.61) /8/

, (14.61)

где W – удельный противодействующий момент.

При некотором угле поворота имеем М_пр=М_мэ т.е. учитывая (14.60) и (14.70) получаем (14.71) /8/

, (14.71)

Из (14.72) получаем (14.73) /8/

(14.72)

где - чувствительность измерительного механизма к току, рад/А.

Для получения зависимости угла поворота рамки от напряжения U, подведенного к зажимам прибора с внутренним сопротивлением R_M, из (14.72) имеем (14.73) /8/

(14.73)

Из (14.73) следует, что чувствительность прибора к напряжению тем меньше чувствительности к току, чем больше внутреннее сопротивление прибора.

Измерение термоЭДС милливольтметром осуществляется по схеме на рисунке 14.137. Генерируемая ТЭП термоЭДС создает в замкнутой цепи ток, вычисляемый по формуле (14.74) /8/

, (14.74)

где R_AB, R_FD, R_C, R_Y, R_P, R_Д — сопротивления термоэлектродов АВ, удлинительных проводов FD соединительных линий С, уравнительной катушки, рамки милливольтметра и добавочной катушки соответственно;

- внешнее по отношению к зажимам аb прибора сопротивление цепи;

- внутреннее сопротивление милливольтметра.

Представим (14.74) в виде (14.75) /8/

, (14.75)

Из (14.75) можно заключить, что измеряемое милливольтметром напряжение U_ab, подведенное к его зажимам аb, всегда меньше, чем ЭДС в цепи, на значение падения напряжения IR_BH во внешней цепи, обусловленного проходящим в контуре током.

Рисунок 14.137 – Схема измерения термоЭДС миливольтметром

В силу того что сведение к нулю IR_BH при использовании милливольтметра невозможно, принципиально невозможно непосредственное измерение ЭДС милливольтметром. В то же время при соблюдении определенных условий измерения с некоторой погрешностью можно принять, что показания милливольтметра однозначно зависят от развиваемой в цепи термоЭДС.

Подставляя (14.74) в (14.72) получаем (14.76) /8/

, (14.76)

Отсюда следует, что если бы имело место , то меж­ду показанием милливольтметра и измеряемой ЭДС была однозначная зависимость и шкалу милливольтметра можно было бы градуировать в градусах, соответствующих термоЭДС для данного преобразователя АВ. В то же время как R_BH, так и R_M изменяются в зависимости от температуры окружающей среды, что приводит к погрешности измерения. Покажем, что уменьшение указанной погрешности может быть достигнуто путем уменьшения отношения R_BH/R_M и уменьшения R_P/R_M.

Преобразуем (14.74) к виду (14.75) /8/

(14.75)

Из выражения (14.75) видно, что чем меньше отношение R_BH/R_M по сравнению с единицей, тем в меньшей мере изменение этого отношения, вызванного, например, изменением температуры окружающей среды, сказывается на линейной связи между U_ab и . Уменьшение отношения R_BH/R_M возможно за счет увеличения R_M. Так как рамка милливольтметра выполнена из медного провода с сопротивлением R_P, то R_M увеличивают за счет уве­личения последовательно соединенного с рамкой добавочного соп­ротивления R_Д, выполненного в виде манганиновой катушки. Значительное увеличение R_M приводит к уменьшению чувствительности S_U милливольтметра. Обычно R_M == 100 — 500 Ом, а отношение , что значительно уменьшает температурный коэффициент прибора. Значение R_BH стандартизовано в пределах 0,6—25 Ом и указано на шкале прибора.

Таким образом, использование градусной шкалы милливольтметра возможно, если градуировка ТЭП соответствует градуировке, указанной на шкале. При этом необходимо сопротивление у внешней линии подогнать к значению R_BH, указанному на шкале прибора, с помощью подгоночного сопротивления R_Y. Если милливольтметр имеет милливольтовую шкалу, то она наносится без учета сопротивления внешней линии и показания по шкале соответствуют напряжению на зажимах, т. е. U_ab, по которому при известных R_BH и R_M определяют из (14.75) термоЭДС для ТЭП любой градуировки, а затем значение измеряемой температуры по градуировочным таблицам.

Милливольтметры, предназначенные для работы в комплекте с ТЭП, по конструктивному исполнению бывают переносными и стационарными (щитовыми).

Стационарные милливольтметры имеют только градусную шкалу. Промышленностью выпускаются показывающие, самопишущие и регулирующие милливольтметры классов точности 0,5; 1,0; 1,5; 2,0.

Переносные милливольтметры имеют две шкалы (градусную и милливольтовую) или только одну милливольтовую. Эти приборы выполняют как показывающие и имеют классы точности: 0,2; 0,5; 1,0.

Рисунок 14.138 - Принципиальная схема потенциометра