Вопрос 2 Косвенные измерения. Погрешности при них

Измерение называется косвенным если непосредственно измеряется не сама величина, а другие величины, связанные с нею функционально. Числовое значение величины, подлежащей измерению, при косвенном измерении получается путем соответствующих расчетов на основании зависимостей, существующих между величинами и выраженных в математической форме. Косвенные измерения применяются в том случае, когда прямые измерения затруднительны или невозможны. Например, для определения плотности вещества производят прямые измерения массы и объема тела. Результаты этих прямых измерений используют для вычисления плотности с помощью известного соотношения между массой тела, его объемом и плотностью вещества, из которого состоит тело. Выполненное таким способом измерение плотности есть косвенное измерение.

При обработке результатов косвенных измерений физической величины, связанной функционально с физическими величинами А, В и С, которые измеряются прямым способом, сначала определяют относительную погрешность косвенного измерения e= DХ/Х_пр, пользуясь формулами, приведенными в таблице (без доказательств).

Абсолютную погрешность определяется по формуле DХ=Х_пр *e,

где e выражается десятичной дробью, а не в процентах.

Окончательный результат записывается так же, как и в случае прямых измерений.

БИЛЕТ 7

Вопрос 1 Магнитодинамические и ферродинамические измерительные механизмы

 Электромагнитный механизм состоит из неподвижной катушки и укрепленной на оси подвижной пластинки из магнитномягкого материала. При наличии в катушке тока создается магнитное поле, которое намагничивает ферромагнитную пластинку, и она втягивается внутрь катушки. Возникающий при этом вращающий момент пропорционален квадрату тока. Часто квадратичную шкалу выравнивают, подбирая соответствующую форму ферромагнитной пластинки.

В измерительных механизмах магнитоэлектрической системы вращающий момент создается взаи­модействием измеряемого постоянного тока в катушке механизма с полем постоянного магнита. Существуют два основных типа приборов магнитоэлектрической системы: приборы с подвижной катушкой (подвижной рамкой) и приборы с подвижным магнитом, причем первые применяются значительно чаще, чем вторые.

В магнитоэлектрическом механизме с подвижной катушкой, рис. 1, последняя установлена на опорах и может поворачиваться в воздушном зазоре магнитной цепи постоянного магнита  1 (см. механизм магнито-электрической системы ).

Магнитную цепь измерительного механизма образуют магнитопровод 2, полюсные

наконечники 3 и цилиндрический сердечник 4, которые изготовляются из магнитно-мягкого материала.

На подвижную катушку намотана рамка 5, состоящая из нескольких витков w (рис. 12.8). По рамке протекает ток I, пропорциональный измеряемому напряжению. 

Угол между направлениями вектора магнитной индукции В в воздушном зазоре и тока I в активной части проводников (длинная сторона рамки) длиной l по­движной катушки равен 90°. Следовательно, на каждый из проводников действует электромагнитная сила

F = В·I·l, а на подвижную часть механизма — вращающий момент

М_вр = 2F·w·d/2 = w·l·B·I·d = w·S·B·I = к_вр·I, (12.2)        

где d — диаметр каркаса катушки с числом витков w и площадью по­перечного сечения S = l·d; к_вр = w·S·d - коэффициент пропорциональности.

Так как противодействующий момент, создаваемый спиральными пружинами, прямо пропорционален углу закручивания α, т. е. М_пр = к_пр·α, то угол поворота катушки при равенстве моментов М_вр= М_пр прямо пропорционален измеряемому току:

М_вр= М_пр     к_вр·I = к_пр·α

 

    I = к_пр·α/к_вр= С_пр·α,

где С_пр   - постоянная прибора ("цена деления").

Постоянный магнит создает сильное магнитное поле в воздушном зазоре магнитной цепи прибора (0,2—0,3 Тл), и даже при малых зна­чениях измеряемых токов можно получить достаточный вращающий момент М_вр. Поэтому магнитоэлектрические приборы весьма чувствитель­ны, внешние магнитные поля мало влияют на их показания, и их собственное потребление энергии относительно мало. В частности, галь­ванометры в большинстве случаев изготовляются магнитоэлектри­ческой системы. Высокая чувствительность прибора позволяет умень­шить плотность тока в токоведущих частях. Поэтому магнитоэлектри­ческий прибор достаточно вынослив к перегрузкам. Этому способ­ствует также линейная зависимость его вращающего момента от тока, а не квадратичная, характерная для большинства других си­стем приборов.

Устройство и применение ферродинамических приборов. Работа фер-родинамических приборов основана на том же принципе, что и приборов электродинамической системы. Для усиления магнитного поля в ферродинамическом измерительном механизме применен магнитопровод из ферромагнитного материала. Неподвижная катушка 2 (рис. 328) размещается на полюсах ферромагнитного сердечника 4, а подвижная 3 поворачивается так же, как и в приборах магнитоэлектрической системы,— в воздушном зазоре между полюсами 1 и неподвижным цилиндрическим сердечником 5. При такой конструкции приборы защищены от влияния внешних магнитных полей. Кроме того, увеличиваются магнитные потоки, создаваемые катушками, и возрастает вращающий момент, действующий на подвижную систему.

Ферродинамические приборы используют в качестве щитовых амперметров, ваттметров и вольтметров, работающих в условиях тряски и вибраций (например, на э. п. с. переменного тока). Кроме того, их применяют в качестве самопишущих приборов, так как они имеют значительный вращающий момент, преодолевающий трение в записывающих устройствах.