|
Реферат: Электрический ток в вакууме. Электронные лампы. Их применение (Радиоэлектроника)
Электроника и радио почти ровесники. Правда, поначалу радио обходилось без
помощи своей сверстницы, но позднее электронные приборы стали материальной
основой радио, или, как говорят, его элементарной базой.
Начало электроники можно отнести к 1883 году, когда знаменитый Томас
Альфа Эдисон, пытаясь продлить срок службы осветительной лампы с угольной
нитью накаливания, ввел в баллон лампы, из которой откачан воздух,
металлический электрод.
Именно этот опыт привел Эдисона к его единственному фундаментальному
научному открытию, которое легло в основу всех электронных ламп и всей
электроники дотранзисторного периода. Открытое им явление впоследствии
получило название термоэлектронной эмиссии.
Внешне опыт Эдисона выглядел довольно просто. К выводу электрода и
одному из выводов раскаленной электрическим током нити он подсоединил
батарею и гальванометр.
Стрелка гальванометра отклонялась всякий раз, когда к электроду
подсоединялся плюс батареи, а к нити – минус. Если полярность менялась, то
ток в цепи прекращался.
Эдисон обнародовал этот эффект и получил патент на открытие. Правда,
работу свою он, как говорится, до ума не довел и физическую картину явления
не объяснил. В это время электрон еще не был открыт, а понятие
«термоэлектронная эмиссия», естественно, могло появиться лишь после
открытия электрона.
Вот в чем ее суть. В раскаленной металлической нити скорость движения и
энергия электронов повышаются настолько, что они отрываются от поверхности
нити и свободным потоком устремляются в окружающее ее пространство.
Вырывающиеся из нити электроны можно уподобить ракетам, преодолевшим силу
земного притяжения. Если к электроду будет присоединен плюс батареи, то
электрическое поле внутри баллона между нитью накаливания и электродом
устремит к нему электроны. То есть внутри лампы потечет электрический ток.
Поток электронов в вакууме является разновидностью электрического тока.
Такой электрический ток в вакууме можно получить, если в сосуд, откуда
тщательно откачивается воздух, поместить нагреваемый катод, являющийся
источником «испаряющихся» электронов, и анод. Между катодом и анодом
создается электрическое поле, сообщающее электронам скорости в определенном
направление.
В электровакуумных приборах для эмиссии электронов используется
специальный электрод, называемый катодом. Нагрев осуществляется за счет
электрического тока, который пропускает через нить накала, как в
электроплитке через спираль. Этот ток называется током накала. В приборах
прямого накала сама нить является катодом и эмитирует электроны. В приборах
косвенного накала нить подогревается металлический цилиндр, изолированный
от нее, который и служит катодом.
Для получения приемлемой эмиссии электронов катоды необходимо нагревать
до очень высоких температур порядка 2...3 тысяч градусов. Поэтому нити
накала приходится выполнять из тугоплавких металлов, обычно используется
вольфрам. Но и вольфрамовая нить накала при такой температуре быстро
выходит из строя, так как проволоку абсолютно одинакового сечения по всей
длине сделать невозможно. В тех местах, где сечение проволоки чуть меньше,
происходит местный перегрев, отчего в этом месте сечение становится еще
меньше, а это приводит к еще большему нагреву. Оказалось, что если нанести
на поверхность вольфрама тонкий слой окиси или щелочного металла, эмиссия
электронов с такого оксидированного или активированного слоя резко
увеличивается. Оксидированный вольфрам при температуре 730 градусов Цельсия
обеспечивает такую же эмиссию, как не оксидированный при температуре 1580
градусов Цельсия. Поэтому в электровакуумных приборах за редкими
исключениями используются оксидированные катоды. В приборах прямого накала
оксидный слой наносится непосредственно на вольфрамовую нить. В приборах
косвенного накала оксидный слой наносится на катод, который обычно
выполняется из никеля.
Вакуумный диод представляет собой двухэлектродный прибор. Одним из его
электродов является катод прямого накала или подогревный. Второй электрод
называется анодом. Конструктивно анод обычно выполнен в виде металлического
цилиндра, на оси которого расположен катод. Вся система заключена в
стеклянный или металлический баллон, из которого откачан воздух до высокой
степени вакуума. Выводы подогревателя, катода и анода впаяны в стекло
баллона. При металлическом баллоне один из его торцов закрыт стеклянным
диском с впаянными выводами, который приварен к баллону. Если на анод
подать положительное напряжение относительно катода, электрическое поле в
пространстве между анодом и катодом вынуждает электроны из электронного
облака двигаться к аноду. Их убыль в электронном облаке покрываться новыми
электронами за счет термоэлектронной эмиссии катода. В цепи, соединяющий
диод с источником питания, возникает ток, направление которого, как обычно,
противоположно направлению потока электронов. Условное графическое
обозначение вакуумного диода и его вольт – амперная характеристика показана
на рис. 1. Выводы нити накала показаны стрелками.
Рис. 1. Включение и характеристика диода
При напряжении источника питания, равно нулю (если вывод анод и катод
замкнуты внешним проводником), в цепи протекает ток, называемый начальным.
Он вызван электронами, начальная скорость которых при вылете из катода
достаточно велика. Только при отрицательном напряжении на аноде порядка
0,5В анодный ток полностью прекращается, а при дальнейшем увеличении
отрицательного напряжения обратный ток отсутствует.
Вакуумные диоды имеют сравнительно ограниченное применение. Значительно
шире область применения трехэлектродных ламп – триодов. Триод отличается от
диода наличием третьего электрода – управляющей сетки, которая выполнена в
виде проволочной спирали, размещенной в пространстве между катодом и
анодом. Если напряжение на сетке относительно катода отрицательное, она
будет тормозить движение электронов от катода к аноду, что приведет к
уменьшению анодного тока. При достаточно большем минусе на сетке анодный
ток может вообще прекратиться. Если же потенциал сетки относительно катода
положителен, сетка будет способствовать увеличению анодного тока. При этом
часть электронов будет оседать на сетке, образую сеточный ток, хотя режим
использования электронных ламп с сеточным током применяется редко. Таким
образом, изменяя потенциал сетки относительно катод, можно управлять
анодным током триода, что и послужило причиной названия сетки управляющей.
Рис. 2. Схема включения триода.
Условное графическое обозначение триода показано на рис. 2. Промышленность
выпускает широкий ассортимент самых разных триодов, а также двойных триодов
с общим и раздельными катодами, которые применялись в разной
радиоаппаратуре, еще находясь в эксплуатации.
К параметрам триода относятся: внутреннее сопротивление – отношение
приращения анодного напряжения к приращению анодного тока, коэффициент
усиления – отношение приращения анодного напряжения к приращению напряжения
на сетке, крутизна характеристики анодного тока – отношение приращения
анодного тока к приращению напряжения на сетке:
Внутреннее сопротивление Ri измеряется в кОм, крутизна
характеристики S – в А/В, коэффициент усиления ? – величина безразмерная.
К предельным эксплуатационным параметрам триодов относится те же
параметры, что и к диодам: минимальное и максимальное напряжения накала,
наибольшее допустимо обратное напряжение анода, наибольшее напряжение между
катодом и подогревателем, наибольший средний анодный ток, предельная
мощность, рассеиваемая анодная, а также дополнительные параметры
(наибольшее отрицательное напряжение на сетке и наибольшее сопротивление в
цепи сетки). Необходимость ограничения сопротивления в цепи сетки связана с
тем, что сетка обычно располагается очень близко к катоду и может им
нагреваться. При этом возможно появление термоэлектронной эмиссии с сетки,
которая приводит к обратному сеточному току. Хотя эта эмиссия и обратный
ток очень малы, но при большем сопротивление в цепи сетки ток создает на
нем ощутимое падение напряжение, которое может нарушить нормальный режим
лампы.
При использовании триодов в схемах, работающих на высокой частоте,
приходится учитывать и собственные междуэлектродные емкости лампы: входную
емкость между анодом и катодом, а также проходную емкость между анодом и
сеткой. Если входная и выходная емкости оказываются подключенными
параллельно нагрузкам предыдущего и данного каскадов, что не очень страшно,
то проходная емкость может приводить к очень не приятным последствиям. В
усилительных схемах слабый сигнал обычно подается на сетку лампы, а на
аноде образует усиленный сигнал. Проходная емкость создает путь этому
сигналу с анода обратно на сетку, что может привести к самовозбуждению
каскада. Это особенно опасно на высокой частоте, когда сравнительно
небольшая емкость обладает небольшим емкостным сопротивлением.
Для уменьшения проходной емкости были созданы четырехэлектродные
лампы – тетроды (рис. 3). У такой лампы между управляющей сеткой и анодом
располагается экранная сетка, которая заземляется по переменному току
конденсатором большой емкости. Благодаря этому проходная емкость
уменьшается в сотни и тысячи раз. По постоянному току на экранную сетку
подается положительное напряжение, примерно такое же что и на анод. Так эта
сетка увеличивает притягивающее поле, которым электроны из электронного
облака вынуждаются лететь к аноду, и часть летящих к аноду электронов
попадает на нее. Образуется ток экранной сетки, составляющий примерно
10...20% от анодного тока, с чем приходится мириться.
Рис. 3. Четырехэлектронная лампа – тетрод.
Основной недостаток тетрода – динатронный эффект – состоит в
следующем. Электроны на пути от катода к аноду разгоняются до большой
скорости. При напряжение на аноде 100 В эта скорость достигает 6000 км/с –
в 10000 раз больше скорости пули при вылете из дула винтовки. Ударяясь о
поверхность анода, электроны выбивают из него другие, вторичные электроны.
Такое явление называется вторичной электронной эмиссией. Если напряжение на
экранной сетке больше сетке на аноде, вторичные электроны с анода
направляются на экранную сетку. В результате анодный ток уменьшается, а на
анодной характеристике тетрода появляется провал.
Для борьбы с динатронным эффектом в конструкцию тетродов вводят
специальные лучеобразующие пластины, которые концентрируют электронный
поток на небольшой части поверхности анода, где создается пространственный
заряд, препятствующий обратному потоку вторичных электронов на экранную
сетку. Такие тетроды называются лучевыми. Другой способ борьбы с
динатронным эффектом состоит в установке еще одной сетки между экранной
сеткой и анодом. Она носит название защитной или антидинотродной сетки и
соединяется с катодом внутри или снаружи лампы, для чего имеется отельный
вывод. Такие пятиэлектродные лампы называются пентодами. Антидинатронная
сетка выполняется редкой, на поток быстрых первичных электронов влияния не
оказывает, медленные же вторичные электроны отталкиваются ею обратно на
анод.
К многоэлектронным электронным лампам относятся лампы, имеющие более трех
сеток, например, гептоды, у которых пять сеток. Гептоды предназначены для
преобразования частоты сигнала и содержит две раздельные управляющие сетки.
Очередность расположения сеток при счете от катода следующая: первая сетка
является первой управляющей, вторая сетка – экранная, далее следует вторая
управляющая сетка, за ней еще одна экранная и, наконец, антидинатронная
сетка. Экранные сетки обычно соединены внутри ламп между собой и имеют
общий вывод. Вольт – амперные характеристики гептодов такие же, как у
пентодов, а наличие экранной сетки между управляющими снижает паразитную
емкость между ними. Иногда используется устаревшее название гентода –
пентагрид, что в переводе обозначает пять сеток.
Электронно-лучевой трубкой называется электровакуумный прибор,
предназначенный для преобразования электрических сигналов в видимое
изображение, или наоборот. Существуют несколько разновидностей электронно-
лучевых трубок по их названию: осциллографические, приемные телевизионные,
телевизионные передающие и специальные.
Осциллографические трубки относятся к трубкам с электростатическими
отклонениями луча. Условное графическое обозначение осциллографической
трубки приведено на рис. 4.
Рис. 4. Обозначение осциллографической электронно-лучевой трубки
Рассмотрим ее устройство. Катод К представляет собой, как обычно, полый
цилиндр, но с одним донышком. Оксидный слой нанесен только на это донышко,
которым катод обращен внутри трубки. Далее установлен управляющий электрод
или модулятор М, который выполнен в виде цилиндра с донышком, в котором
имеется отверстие. На модулятор подается отрицательное напряжение
относительно катода, которым отталкиваются к оси трубки электроны,
вылетающие из катода под углом. Через отверстие в донышке модулятора
походят лишь те электроны, которые находятся на оси. Модулятор также
выполняет функции управляющей сетки: с увеличением отрицательного
напряжения интенсивность выходящего из отверстия электронного потока
уменьшается и при определенном отрицательном напряжении полностью
прекращаются. Такое напряжение называется запирающим.
За модулятором установлен первый анод 1а, который подается относительно
катода положительное напряжение. Конфигурация электрического поля в
пространстве между модулятором и первым анодом имеет форму линзы. Этим
полем осуществляется фокусировка электронного пучка, благодаря которой он
приобретает форму спицы. Первый анод выполнен в виде полого цилиндра
модулятора диаметром больше, чем диаметр цилиндра модулятора. Изменяя
напряжение на первом аноде, можно осуществлять фокусировку электронного
пучка. Далее следует второй анод 2а, который является ускоряющим
электродом. Он также выполнен в виде полого цилиндра.
Основная часть электронов в пучке, разогнавшись до большой скорости, не
попадает на стенки второго анода, а пролетает по его оси. На второй анод
подается высокое напряжение, необходимое для придания электронам в пучке
большой скорости. Комплект перечисленных электродов трубки (катод с
подогревателем, модулятор, первый и второй аноды) образует электронный
прожектор или электронную пушку и выполняется в виде жесткого единого узла,
собранного на слюдяных пластиках, с использованием керамических
цилиндрических изоляторов.
Далее на пути электронного пучка установлены две пары отклоняющих пластин
ОП. Средний потенциал отклоняющихся пластин равен потенциалу второго анода
и не должен воздействовать на электронный пучок. Но если между пластинами
пары имеется напряжение, пучок отклоняется от оси трубки в сторону более
положительной пластины. Одна пара пластин расположена вертикально, может
отклонять электронный пучок в горизонтальном направлении и называется
горизонтально – отклоняющей. Вторая пара пластин расположена горизонтально
и называется вертикально – отклоняющей. Пройдя мимо системы отклоняющих
пластин, электронный луч попадает на экран Э, покрытый слоем специального
вещества, которое называется люминофором. Под воздействием электронной
бомбардировки происходит свечение люминофора, наблюдаемое с внешней стороны
экрана. В связи с тем, что бомбардировка люминофора, покрытого тонким слоем
металла, сопровождается вторичной электронной эмиссией, коническая часть
колбы трубки покрыта графитовым слоем (аквадагом) и соединяется со вторым
анодом. Вторичные электроны удавливаются аквадагом и образуют ток второго
анода.
К приемным электронно-лучевым трубкам относится черно- белые и цветные
кинескопы. Устройство черно-белого кинескопа ничем практически не
отличается от устройства трубки с магнитным отклонением луча. В прожектор
лишь добавлен ускоряющий электрод между модулятором и первым анодом.
Промышленность выпускает самые разные кинескопы с размером экрана по
диагонали от 8 до 67 см. Все современные кинескопы имеют прямоугольны экран
с соотношением сторон в приделах 3:4 до 4:5, что примерно соответствует
формату телевизионного изображения
Цветные кинескопы содержат три электронных прожектора и экран, покрытый
люминофорами трех цветов – красного, синего и зеленого свечения. В
настоящее время промышленность выпускает цветные кинескопы двух различных
конструкций. У кинескопов с дельтовидным расположением прожекторов они
расположены в вершинах треугольника, центр которого находится на оси
кинескопа. У кинескопов с планарным расположением прожекторов они
расположены в одной плоскости, один находится на оси кинескопа, а два
других – по обе стороны от первого.
Развитие способов передачи изображений и измерительной техники
сопровождалось дальнейшей разработкой и усовершенствованием различных
электровакуумных приборов, радиоламп и электронографических приборов для
осциллографов, радиолокации и телевидения.
Список использованной литературы
Родиков В.Е. Приключения радиолуча. Издательство «Молодая гвардия». Москва.
1988.
Геворкян Р.Г. Шепель В.В. Курс общей физики. Издательство «Высшая школа».
Москва. 1972.
Никитин В.А. Книга начинающего радиолюбителя. Издательство «Патриот».
Москва. 1991.
-----------------------
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
Реферат на тему: Электрическое активное сопротивление
Министерство образования Российской Федерации
Волгоградский государственный технический университет
Кафедра «Техническая эксплуатация и ремонт автомобиля»
СЕМЕСТРОВАЯ РАБОТА
по дисциплине «Основы научных исследований»
Тема: Электрическое активное сопротивление
Вариант № 63
Студент: Ветров Алексей Семёнович
Группа: АТ-314
Направление: 5521 «Эксплуатация транспортных средств»
Преподаватель: Зотов Николай Михайлович
Дата сдачи на проверку:_______
Роспись студента:_______
Волгоград 2004 г.
Содержание.
1. Характеристика заданной физической величины и её
применение…………………………………………………….3
2. Способы, датчики и приборы используемы для измерения заданной
величины……………………………..4
. Мост Уитстона………………………………………………………………5
. Омметры……………………………………………………….6
. Измерение сопротивлений способом вольтметра и
амперметра…………………………………………………….8
3. Список используемой литературы………………………..10
Характеристика заданной физической величины и
её применение.
Активным, или резистивным, сопротивлением обладает элемент цепи, в
котором происходит необратимый процесс превращения электрической энергии в
тепловую. Активное сопротивление является параметром резистивного элемента
в цепи переменного тока. Сопротивление одного и того же повода переменному
току (э.д.с. самоиндукции можно пренебречь) несколько больше, чем
постоянному току, т.е. Ra > Rст , что обусловлено явлением поверхностного
эффекта. Условно активное сопротивление (как и статическое) обозначается
буквами R, r, а на на электрических схемах замещения резистивный элемент
изображается в виде вытянутого прямоугольника.
Явление поверхностного эффекта физически можно объяснить (по
предложению В. Ф. Миткевича) следующим образом. Цилиндрический проводник
сечением S с переменным током i упрощённо можно представить себе собранным
из n полых цилиндров с одинаковой площадью поперечного сечения So.
Предположим, что ток каждого из цилиндров i=i/n создаёт вокруг своего
цилиндра по одной магнитной линии. В результате наружный слой проводника
будет сцеплен с магнитной линией только своего тока, а каждый последующий в
направление к оси – со своей и другими внешними линиями. Наибольшим числом
силовых линий окружена сердцевина проводника. Поскольку магнитное поле
переменное, в полых цилиндрах будут индуцироваться разные э.д.с. и они
будут иметь различные индуктивные сопротивления: наибольшее – внутренний
цилиндр, наименьшее – внешний. Это приводит к тому, что плотность
переменного тока в сечении провода не постоянная – в сердцевине минимальная
и постепенно увеличивается к наружным слоям.
В результате радиального вытеснения переменного тока из внутренних
слоёв провода в наружные полезное сечение провода данному току как бы
уменьшается, а его сопротивление увеличивается. Соответственно
увеличиваются и потери энергии на нагрев провода. При высоких частотах
переменного тока электроны вытесняются из проводника даже наружу – провод
излучает часть своей энергии в виде оранжево- голубого свечения. По этой
причине мощные КЛ современных электропечей выполняются полыми кабелями, а
ВЛ – сталеалюминевыми проводами; наружный проводящий слой последних
делается из алюминия, внутренний – в виде стального троса для придания
проводу механической прочности.
Поскольку мощность пропорциональна квадрату тока, активное
сопротивление приёмника электроэнергии определяется мощностью Р и
действующим переменным током I:
R=P/IІ, (1)
Явление поверхностного эффекта в проводнике характеризуется коэффициентом
поверхностного эффекта:
k=R/Rст, (2)
значение которого находится в прямой зависимости от диаметра d, удельной
теплоёмкости v, абсолютной магнитной проницаемости ma материала провода и
частоты переменного тока f:
____
k=?(d?v?af ). (3)
Активное сопротивлении медных и алюминиевых проводов небольшого
диаметра (до 10 мм) при частоте переменного тока 50 Гц незначительно
превышает статистическое(для них k немного больше единицы), но существенно
больше его в стальных проводах с большой магнитной проницаемостью ma .
К преемникам электроэнергии имеющим практически только активное
сопротивление относятся лампы накаливания, резисторы, реостаты,
нагревательные приборы, электрические печи сопротивления и бифилярные
(безреактивные) катушки, индуктивностью и емкостью которых ввиду их малости
можно пренебречь. Таким образом, в автомобилях электрическое активное
сопротивление можно встретить в лампах накаливания осветительных элементов,
а также в электрооборудовании в которых применяются резисторы.
Лампа накаливания электрическая, источник света, в котором
преобразование электрической энергии в световую происходит в результате
накаливания электрическим током тугоплавкого проводника. Для автомобилей
напряжения ламп накаливания равно напряжению бортовой сети 12В;24В.
Кратковременное включение на напряжение, превышающее номинальное на 15%.
выводит лампу из строя. Срок службы до 1000 ч и более, поэтому лампы должны
устанавливаться в местах, обеспечивающих лёгкость их замены. Световая
отдача Л. н. зависит от конструкции, напряжения, мощности и
продолжительности горения и составляет 10-35 лм/Вт.
Резистор (англ. resistor, от лат. resisto - сопротивляюсь),
структурный элемент электрической цепи, основное функциональное назначение
которого оказывать известное (номинальное) сопротивление электрическому
току с целью регулирования тока и напряжения. В радиоэлектронных
устройствах Р. нередко составляют более половины (до 80%) всех деталей.
Некоторые Р. применяют в качестве электрических нагревательных элементов.
Выпускаемые промышленностью Р. различаются по величине сопротивления (от 1
ома до 10 Мом), допустимым отклонениям от номинальных значений
сопротивления (от 0,25 до 20%) и рассеиваемой мощности (от 0,01 до 150 вт).
Способы, датчики и приборы используемы для измерения заданной величины.
В основу любого измерения сопротивления положен закон Ома:
R = U/I. (4)
Исходя из этого можно определить величину сопротивления R,
пропуская известный ток I через резистор, сопротивление которого подлежит
измерению, и измеряя падение напряжения на нём.
Практически удобнее и точнее измерить сопротивление при помощи
моста Уитстона (рис.1). Источник постоянного напряжения питает две ветви
Rx, Rn и R1, Р2 схемы моста. Измеряемое сопротивление Rx можно сравнить с
сопротивлением Rn эталонного резистора изменением отношения R1/R2 до тех
пор, пока показание нуль- гальванометра G не станет равным нулю.
[pic]
Рис. 1. Мост Уитстона для измерения сопротивлений.
При этом
Ux/Un=Rx/Rn=U1/U2=R1/R2 и Rx=RnR1/R2 (5)
Если Rx очень мало (в пределах 1 Ом— 10 мкОм), то переходные
сопротивления сравнимы с измеряемым сопротивлением и вносят значительную
погрешность в результат измерения. В этом случае применяют несколько более
сложный мост Томсона, который также прост в эксплуатации.
Мосты Уитстона и Томсона в простом и удобном для пользования
исполнении обеспечивают точность измерения порядка 1%; точность
лабораторных мостов прецизионного исполнения достигает 10E-6 и выше.
Измерительные мосты упомянутого типа могут быть выполнены с автоматическим
уравновешиванием, т. е. в виде так называемых автоматических мостов, в
которых ток IG в гальванометре вызывает срабатывание реверсивного
двигателя, изменяющего отношение R1/R2 до тех пор, пока оно не станет
равным нулю. Такой мост может быть выполнен в виде стрелочного и
цифрового измерительного прибора, непосредственно определяющего Rx.
Для приближенного измерения сопротивлений с точностью в несколько
процентов применяют омметры с прямым отсчетом. Они осуществляют измерение
на основе упомянутой выше зависимости между током и напряжением и прямо
показывают при помощи логометра (значение) R=U/I. Согласно другому способу
при известном напряжении измеряют ток, причем шкалу градуируют
непосредственно в омах. Омметры этого типа встраивают в универсальные
(многопредельные) приборы для измерения тока и напряжения.
Омметры.
Электронные омметры (подгруппа Е6) широко используются для
измерения активных сопротивлений в диапазоне 10Е-4 - 10Е12 Ом при измерении
сопротивлений резисторов, изоляции, контактов, поверхностных и объемных
сопротивлений и в других случаях.
В основе большинства электронных омметров лежат достаточно простые
схемы, которые приведены на рис. 2.
Если в схемах, представленных на рис. 2, использовать магнито-
[pic]
Рис. 2, Последовательная (а) и параллельная (б) схемы омметров
электрический измерительный механизм, то при соблюдении условия U = Const
показания будут определяться значением измеряемого сопротивления Rx.
Следовательно, шкала может быть отградуирована в единицах сопротивления.
Для последовательной схемы включения Rx (рис. 2, а)
?= SU /R+Rx; (6)
а для параллельной схемы включения Rx (рис. 2, б)
a= SU*Rx/(RRx+RД(R+Rx); (7)
где S= Bsw/W - чувствительность магнитоэлектрического измерительного
механизма.
Так как все значения величин в правой части уравнений (6) и (7),
кроме Rx, постоянны, то угол отклонения определяется значением Rx. Такой
прибор называется омметром. Из выражений (6) и (7) следует, что шкалы
омметров при обеих схемах включения неравномерны. В последовательной схеме
включения в отличие от параллельной, нуль шкалы совмещен с максимальным
углом поворота подвижной части. Омметры с последовательной схемой
соединения более пригодны для измерения больших сопротивлений, а с
параллельной схемой — малых. Обычно омметры выполняют в виде переносных
приборов классов точности 1,5 и 2,5. В качестве источника питания применяют
сухую батарею.
С течением времени напряжение батареи падает, т. е. условие U =
const не выполняется. Вместо этого, трудно выполнимого на практике условия,
поддерживается постоянным значение произведения ВU = const, а
следовательно, и SU == const. Для этого в магнитную систему прибора
встраивается магнитный шунт в виде ферромагнитной пластинки переменного
сечения, шунтирующей рабочий воздушный зазор. Пластинку можно перемещать с
помощью ручки, выведенной на переднюю панель. При перемещении шунта
меняется магнитная индукция В.
Для регулировки омметра с последовательной схемой включения перед
измерением замыкают накоротко его зажимы с надписью «Rx», и в том случае,
если стрелка не устанавливается на отметке «О», перемещают ее до этой
отметки с помощью — шунта. Регулировка омметра с параллельной схемой
включения производится при отключенном резисторе Rx. Вращением рукоятки
шунта указатель устанавливают на отмётку шкалы соответствующую значению
Rx= ? .
Необходимость установки нуля является крупным недостатком
рассмотренных омметров. Этого недостатка нет у омметров с
магнитоэлектрическим логометром.
Схема включения логометра в омметре представлена на рис. 3. В этой схеме 1
и 2— рамки логометра, обладающие сопротивлениями R1 и R2; Rн и RД —
добавочные резисторы, постоянно включенные в схему. Так как
I1=U/(R1+Rн); I2=U/(R2+RД+Rx), (8)
Тогда
a= F((R2+RД+Rx)/(R1+Rн), (9)
т. е. угол отклонения определяется значением Rx и не зависит от напряжения
U.
[pic]
Рис. 3. Схема включения логометра в омметре.
Конструктивно омметры с логометром выполняют весьма разно образно в
зависимости от требуемого предела измерения, назначения (щитовой или
переносный прибор) и т. п.
Точность омметров при линейной шкале характеризуется приведенной
погрешностью по отношению к пределу измерения. При нелинейной
(гиперболической) шкале погрешности прибора характеризуются. также
приведенной погрешностью, %, но по отношению к длине шкалы, выраженной в
миллиметрах, т. е; ?=(?l/lшк)100.
В СССР выпускается несколько типов электронных омметров. Омметры
типов Е6-12, Е6-15 имеют структурные схемы, близкие к схемам, приведенным
на рис. 2б. Пределы измерения 0,001—0,003... 100 Ом, приведенная
погрешность 1,5—2,5%. Омметры типов E6-1Q, Е6-13 имеют структурную схему,
приведенную на рис. 2а. Пределы измерения 100—300—1000 Ом; 3—10...1000 кОм;
1—3...107 МОм; ?= 1.5; 2.5%.
Измерение сопротивлений способом вольтметра и амперметра.
Pис. 4 а и б. Эти способы могут быть применены для измерения
различных по значению сопротивлений. Достоинство этих схем заключается в
том, что по резистору с измеряемым сопротивлением можно пропускать такой же
ток, как и в условиях его работы, что очень важно при измерениях
сопротивлений, значения которых зависят от тока.
[pic]
Рис. 4. Измерение сопротивлений вольтметром -и амперметром .
|
Измерение сопротивления амперметром и вольтметром основано на
использовании закона Ома. Однако если собрать схемы, показанные на рис. 4,
и установить в цепи измеряемого сопротивления требуемый условиями его
работы ток, то, отсчитав одновременно показания вольтметра V и амперметра
А, а затем разделив первое на второе, получим лишь приближенное значение
измеряемого сопротивления
R’x= U/I. (10)
Действительное значение сопротивления Rx определится следующими
выражениями:
для схемы рис. 4, а
Rx=U/Ix=U/(I-Iv)=U/(I-U/Rv); (11)_
для схемы рис. 4, б
Rx= (U-IxRa)/Ix. (12)
Как видно из выражений (11) и (12), при подсчете искомого
сопротивления по приближенной формуле (10) возникает погрешность. При
измерении по схеме рис. 4, а погрешность получается за счет того, что
амперметр учитывает не только ток Ix проходящий через резистор с изменяемым
сопротивлением Rx но и ток Iv,ответвляющийся в вольтметр.
При измерении по схеме рис. 4,б погрешность появляется из-за того,
что вольтметр кроме напряжения на резисторе с измеряемым сопротивлением
учитывает также значение падения напряжения на амперметре.
Поскольку в практике измерений этим способом подсчет сопротивлений
часто производится по приближенной формуле (4), то необходимо знать, какую
схему следует выбрать для того, чтобы погрешность была минимальна.
Для схемы рис. 4, а относительная погрешность (в процентах)
?=(R’x- Rx)/Rx =( - Rx/(Rx+Rv))*100 (13)
a для схемы рис. 4, б
?= (R’x-Rx)/Rx=( Ra/Rx)*100 (14)
Как видно из выражений (13) и (14), пользоваться схемой рис. 4а следует в
тех случаях, когда сопротивление Rv вольт метра велико по сравнению с
измеряемым сопротивлением Rx, а схемой рис. 4б — когда сопротивление
амперметра Ra мало по сравнению с измеряемым сопротивлением. Обычно схему
рис. 4a, целесообразнее применять для измерения малых сопротивлении, а
схему рис. 4б — больших.
Список используемой литературы.
1. Атамалян Э. Г. Приборы и методы измерения электрических величин – М.:
Высшая школа, 1982.
2. Левшина Е. С., Новицкий П. В. Электрические измерения физических
величин: - Л.: Энергоавтомиздат. 1983.
3. Соловьёв В. А. Основы измерительной техники. – Л.: Изд-во Ленинградского
Ун-та 1980.
4. Тер-Хататуров А. а. Алиев Т. М. Измерительная техника: Учебное пособие
для техн. вузов – М.: Высшая школа, 1991.
5. Электрические измерения / Под ред. В. Н. Малиновского –М.:
Энергоатомиздат, 1987.
| |
