Основные структурные схемы электрических измерительных приборов

Любой электрический измерительный прибор можно рассма­тривать как цепочку преобразователей, в которых происходит по­ледовательное преобразование измеряемой величины в показание отсчетного устройства.

Поэтому под прибором следует понимать всю совокупность этих преобразователей, независимо от того, объединены они кон­структивно в единое целое или выполнены в виде нескольких от­дельных блоков.

Простейшей структурной схемой электрического прибора для измерения электрической величины является схема, изображенная на рис. 6.1, а. Этот прибор состоит только из преобразователя из­меряемой электрической величины Хэ в показание отсчетного устройства измерительного механизма ИМ.

Угол поворота измерительного механизма  являющийся функцией Хэ, чаще всего отсчитывается по положению стрелки, укрепленной на оси подвижной части и перемещающейся над шкалой. Шкала измерительного механизма обычно проградуиро­вана непосредственно в единицах измеряемой электрической величины.

Однако в большинстве случаев возможности измерительного механизма не могут удовлетворить всем условиям измерения, на­пример в отношении предела измерения, требуемой мощности, защиты персонала от цепи высокого напряжения и т. д. В этом слу­чае измеряемая электрическая величина Хэ предварительно под­вергается преобразованию в преобразователе Пээ (рис. 6.1, б) в электрическую величину Yэ, которая соответствует параметрам из­мерительного механизма.

К таким преобразователям электрической величины в электри­ческую относятся: измерительные трансформаторы, шунты, дели­тели напряжения и добавочные резисторы, устройства, преобра­зующие переменный ток в постоянный. Приборы со структурными схемами (см. рис. 6.1, а и б) работают только по методу непосред­ственной оценки и называются приборами непосредс­венной оценки.

Структурная схема прибора, работающего по методу сравнения в неравновесном режиме, представлена на рис. 6.1, в. Измеряемая электрическая величина Хэ или эффект, ею вызываемый, компен­сируется на некотором участке цепи, однородной с Хэ величиной Хэ.к постоянного значения, получаемой от вспомогательного источ­ника питания Uвсп через преобразователь, который обычно имену­ют измерительной цепью ИЦ.

Если величина Хэ.к компенсирует измеряемую величину Хэ не полностью, то разность Хэ  Хэ  Хэ.к поступает в измерительный прибор непосредственной оценки Г и отсчет по этому прибору будет функцией Хэ. Измерительный прибор непосредственной оценки в случаях использования его на выходе приборов сложной структуры будем в дальнейшем называть измерителем.

Если же прибор работает по методу сравнения в равновесном режиме, т. е. по нулевому методу, то его структурную схему можно изобразить согласно рис. 6.1, г. В этом случае величина Хэ.к изме­няется до тех пор, пока она не уравновесит измеряемую величину Хэ, о чем будут свидетельствовать отсутствие тока и показание ну­ левого указателя НУ.

Если равновесия нет, то разность Хэ Хэ Хэ.к будет обнару­жена по показанию нулевого указателя. Тогда производят измене­ние того или иного параметра измерительной цепи до тех пор, пока не наступит равновесие, т. е. равенство Хэ Хэ.к.

Отсчетным устройством, градуированным в единицах измеряе­мой величины, в этих приборах является та часть измерительной цепи, параметр которой регулировался для получения равновесия. В данной схеме уравновешивание производится вручную путем изменения Uвсп.

В приборе, работающем по схеме, показанной на рис. 6.1, д, уравновешивание производится автоматически. Разность сигналов Хэ Хэ Хэ.к, возникающая при отсутствии равновесия, поступает в усилитель Ус, на выходе которого включен реверсивный двигатель РД, механически связанный с движком потенциометра, являюще­гося частью измерительной цепи.

Двигатель перемещает движок потенциометра в таком направлении и до тех пор, пока не наступит равновесие, т. е. равенство Хэ Хэ.к. При этом Хэ станет равным нулю и реверсивный двигатель остановится.

Одновременно реверсивный двигатель перемещает стрелку по шкале. Таким образом, каждому значению измеряемой величины соответствует определенное положение движка потенциометра и стрелки на шкале. Основными измерительными цепями приборов сравнения являются компенсационные и мостовые цепи.