Фотогальванометрический веберметр (стр. 1 из 2)
Санкт-Петербургский государственный
электротехнический университет
“ЛЭТИ”
Кафедра ИИСТ
Курсовой проект на тему
Фотогальванометрический веберметр
Выполнил:Климченко Ю.А.
Гр.1562
Преподаватель:Бишард Е.Г.
2004г.
Фотогальванометрические приборы для измерения
и регистрации малых токов и напряжений
Обычные показывающие и регистрирующие приборы не отвечают уровню
современных требований по чувствительности, точности и быстродействию,что привело к необходимости искать решение проблемы в совершенствовании и при- менении компенсационных приборов с гальванометрическими и электронными усилителями.
Наиболее распространены фотогальванометрические компенсационные прибо-
ры(ФГКП), в которых используются гальванометрические усилители с фотоэлект-
рическими преобразователями.
Отечественная промышленность приобрела большой опыт и достигла значитель-
ных успехов в области изготовления ФГКП. Достаточно сказать, что выпускаются
приборы с ценой деления 1*10-9В (Ф118) и 1*10-11А (Ф128).
Следует отметить, что высокие технические характеристики ФГКП не исклю-
чают наличия у них ряда существенных недостатков, связанных с наличием фото-
электрического преобразователя.
В связи с этим исследуется возможности применения в компенсационных при-
борах гальванометрических усилителей с трансформаторными (индукционными)
преобразователями (самопишущий милливольтметр Н37-1).
Компенсационные приборы с использованием гальванометрических усилителей не могут применяться в условиях тряски и вибраций , так как они очень чувстви-
тельны к сотрясениям. В этих случаях используют компенсационные приборы с электронными усилителями переменного тока.
Структурная схема прибора такого типа (рис.1) содержит модулятор М, усили-
тель У~, фазочувствительный выпрямитель ФЧВ, обратный преобразователь ОП и
выходной прибор – миллиамперметр.
В качестве модуляторов применяются вибропреобразователи и динамические конденсаторы (при измерениях в высокоомных цепях). Компенсационные приборы с электронными усилителями восприимчивы к электромагнитным помехам, что ог-
раничивает их точность.
Принцип действия. На рис.2 показана принципиальная схема фотогальваномет-
рического компенсационного микповольтметра.
Наличие напряжения Ех на входе гальванометрический усилитель вызовет появ-
ление тока в рамке гальванометра, а следовательно, ее вращение. При этом прои-
зойдет перераспределение освещенности фоторезисторов и в выходной цепи при-
бора появится ток Iвых. Падение напряжения Uк на сопротивлении rк (Uк=Iвыхrк) стремится скомпенсировать входное напряжения Ex (это обеспечивается опреде-
ленной полярностью включения гальванометра). Полной компенсации в схеме не произойдет, так как для поддержания рамки в откланенном состоянии (в против-
ном случае Iвых = 0) в ее цепи должен протекать некоторый ток некомпенсации Iнк. При достаточно высокой чувствительности гальванометра можно считать, что
Iнк»0,тогда Eх»Uк=Iвыхrк (*).
Как показывает равенство (*), выходной ток Iвых может служить мерой Eх. Для измерения этого тока используются обычно магнитоэлектрические милли- или микроамперметры, шкала которых градуируется в единицах напряжения.
Принципиальная схема фотогальванометрического микроамперметра приведена на рис. 3. В этой схеме в момент компенсации ток Iх’, являющийся частью измеряе-
мого тока Iх, который составляет определенную часть выходного тока Iвых. Если предположить, что rГ=r1+r2 и rГ<<rх, а чувствительность гальванометра высокая (DI»0), то будут справедливыми равенства
Iк=Iвых
=Iх,т.е. ток, измеряемый выходным прибором, пропорционален измеряемому току Iх.
В конструкциях ФГКП предусмотрены специальные зажимы для включения ре-
гистрирующего прибора, с помощью которого можно осуществить запись показа-
ний (на рис.2 и рис.3, а эти зажимы обозначены как зажимы для включения сопро-
тивления нагрузки rн).
Промышленностью выпускаются также фотогальванометрические компенсацион-
ные усилители постоянного тока (Ф115, Ф117 и др.), которые отличаются от ФГКП отсутствием встроенного выходного прибора (выходным прибором может служить стандартный показывающий или самопишущий прибор с соответствующим преде-
лом измерения).
Фотогальванометрический веберметр
На рис. 4 приведена принципиальная схема использования баллистического галь-
ванометра для измерения магнитного потока. Обозначения на схеме: ИК – измири-
тельная катушка, БГ – баллистический гальванометр; М – катушка взаимной ин-
дуктивности; А – амперметр.
Если изменить поток, сцепленный с витками wк измерительной катушки ИК, нап-
ример, от Фх до 0, то на зажимах измерительной катушки возникает э.д.с. ех, кото-
рая будет уравновешена активным и реактивным падением напряжения в цепи бал-
листического гальванометра; при этом первый наибольший отброс подвижной час-
ти гальванометра будет a1m:
ех=-wк
=ir+L 
,(**)где wк – число витков измерительной катушки; i – ток в цепи; r – сопротивление це-
пи гальванометра (сумма сопротивления рамки гальванометра и сопротивления внешней цепи); L – индуктивность цепи.
Интегрируя левую и правую часть выражения в пределах времени изменения по-
токосцепление и учитывая, что в момент начала и окончания изменения потоко-
сцепления ток равен нулю, получим
wкDФх=Qr,
где DФх – изменение потока за указанное время (в нашем случае DФх=Фх); Q – ко-
личество электричества, прошедшего в цепи.
Так как a1m=SбQ, то Q=Cбa1m, где Сб – баллистическая постоянная гальванометра в кулонах на деление; a1m – первый наибольший отброс подвижной части гальва-
нометра.
Окончательно получаем
DФх=
a1m= 
a1m,где Сф=Сбr – постоянная баллистического гальванометра по магнитному потоку в веберах на деление.
Из этого выражения видно, что постоянная баллистического гальванометра Сф за-
висит от сопротивления цепи, поэтому определять ее необходимо при том сопро-
тивлении цепи, при котором производится измерение магнитного потока. Кроме того, так как точность интегрирования импульса зависит от его длительности, из-
менение потока должно происходить достаточно быстро,чтобы продолжительность
импульса была в 20 – 30 раз меньше периода колебаний подвижной части гальва-
нометра.
Для определения постоянной баллистического гальванометра по магнитному по-
току используют меру магнитного потока в виде двухобмоточной катушки с извест-
ной взаимной индуктивностью.
При изменении тока в первичной обмотке катушки взаимной индуктивности на не-
которую величину DI во вторичной ее обмотке, присоединенной к баллистическому гальванометру (см. рис. 4), произойдет изменение магнитного потока:
DF=MDI,
где М – коэффициент взаимной индуктивности катушки.
Это изменение потока DF вызовет отброс подвижной части баллистического галь-
ванометра b1m.
Отсюда интерисующая нас постоянная баллистического гальванометра по магнит-
ному потоку будет
Сф=
, Вб¤дел.Баллистический гальванометр в рассмотренной схеме можно заменить вебермет-
ром.
В магнитоэлектрическом веберметре используется измерительный механизм маг-
нитоэлектрической системы с противодействующим моментом, близким к нулю, и большим моментом электромагнитного торможения (рамка веберметра замкнута на измерительную катушку, имеющую обычно малое сопротивление).
Уравнение движения подвижной части веберметра можно записать в следующем виде:
J
+P2 
=Bswi.Ток i определяется э.д.с., которая возникает в цепи веберметра при изменении по-
тока, сцепляющегося с витками измерительной катушкой, подключенной к зажимам веберметра. Эта э.д.с. определяется выражением (**):
J
+P2 = 
(ex-L ).Интегрируя это выражение за время движения подвижной части (от 0 до t) и учи-
тывая, что в момент времени 0 и t подвижная часть находится в состоянии покоя, получаем
P2 Da=
= DФхwк.окончательно получим
Da=
DFх= 
DFх ,