Аналоговые измерительные устройства

            В электромагнитных приборах с некоторыми общими погреш­ностями, характерными для большинства электромеханических приборов (погрешности отсчета, от трения в опорах, от опрокиды­вания, от упругого последствия пружинок или растяжек и т. д.), имеют место специфические погрешности.

Погрешность от гистерезиса материала сердечников и экранов γ_Н появляется при работе прибора на постоянном токе, когда есть разница в показаниях прибора при возрастании и убывании тока. Эта погрешность уменьшается при выборе материала сердечника с малой коэр­цитивной силой. Погрешность γ_Н можно определять по формуле

,                  (3.16)

где Н_С - коэрцитивная сила; H_К  - напряженность магнитного поля рабочей катушки в месте расположения сердечников.

Погрешность переносных вольтметров от собственного нагрева рабочей катушки проходящим по ней током можно подсчитать по формуле

,                     (3.17)

где α_Ц -температурный коэффициент сопротивле­ния цепи катушки; θ_Р - температура перегрева растяжек (пружин); α_W – термоупругий коэффициент материала пружинок.

Температурная погрешность обусловлена  изменением температуры окружающей среды и характерна для вольтметров, и определяется изменением сопротивления цепи катушки и упругости пружин (или растяжек).

Для электромагнитных вольтметров погрешность, вызван­ная изменением окружающей температуры, определяется величи­нами температурных коэффициентов сопротивления цепи катушки (α_Ц ) и упругости материала растяжек или пружин (α_W):

.                          (3.18)

Для амперметров температурная погрешность определяется значением α_W

.                              (3.19)

          Для компенсации температурной погрешности  используются различные компенсационные схемы. Пример температурной компенсации с терморезистором представлен на рис. 3.11. Применение терморезисторов для компенсации температурной погрешности вольтметров позволяет значительно снизить   потребляемую  ими  мощность  и  улучшить метрологические характеристики.

Рис. 3.11.

В этом погрешность, вызванная изменени­ем внешней температуры,  определяется по формуле

,                   (3.20)

где где R_B = R_K +R_Д + R_TK - общее сопротивление вольтметра;

R_TK = R_t R_Ш / (R_t + R_Ш ) - сопротивление термокомпенсатора, состоящего из тер­морезистора R_t и манганинового шунта R_Ш;  α_TK = α_t R_Ш /(R_t + R_Ш) - температурный коэффициент сопротивления термокомпенсатора; (α_е - температурный коэффициент сопротивления терморезистора).

          Частотная погрешность обусловлена влиянием вихревых токов, изменением индуктивного сопротивления рабочей катушки и на­личием межвитковой емкости этой катушки.

Уменьшение частотных погрешностей амперметров и вольтметров может быть достигнуто включением ИМ в схему частотной компенсации. Например, схема с шунтированием  рабочей  катушки  емкостью  С  и активным резистором R (рис. 3.12,а) позволяет расширить частотный диапазон амперметров в шесть-семь раз.

               а)                                                                    б)

                                                   Рис. 3.12                            

В вольтметрах основной причиной частотной погрешности является изменение индуктивного сопротивления рабочей катушки. Для снижения частотной погрешности, обусловленной измене­нием индуктивного сопротивления рабочей катушки вольтметра, может быть использована схема с шунтированием части добавочного сопротив­ления емкостью (рис. 3.12,б). Следует заметить, что, так как индуктивность L изменяется по длине шкалы, полную компенсацию частотной погрешности вольтметра по рассматриваемой схеме можно осуществить только в одной точке частотного диапазона и для определенной точки шкалы,. Обычно компенсация производится на отметке шкалы, равной прибли­зительно 80% номинального значения измеряемой величины.

Погрешность электромагнитного прибора под влиянием внешнего магнитного поля при самом неблагоприятном направлении поля и отсутствии магнитного экранирования определяют по формуле

,                            (3.21)

где Н_С = 400 А/м – напряженность  внешнего  поля  при  испытании  прибора; Н_К – напряженность поля  внутри рабочей катушки при номинальном токе в обмотке.

Применение магнитного экранирования измерительного механизма снижает γ_Н, так как при этом внешнее магнитное поле уменьшается экраном.

Погрешность, вызванная отклонением формы кривой тока или напряжения от синусоидаль­ной, оказывается существенным только при больших значениях магнитной индукции в сердечниках, близких к насыщению.