Электростатические измерительные приборы. Лекция № 4. Тема 1.4

1. Лекция № 4 Тема 1.4. Электростатические измерительные приборы. Логометры 1.4.1. Электростатические измерительные приборы.

Достоинства и недостатки
1.4.2. Логометры. Принцип действия
1.4.3. Применение логометров в приборном
оборудовании воздушных судов ГА

2. 1.4. 1.Электростатические измерительные приборы. Достоинства и недостатки

1.4. 1.Электростатические измерительные приборы. 19
Достоинства и недостатки
Принцип работы
основан на взаимодействии
электрически заряженных
электродов, разделенных
диэлектриком
ЭИП представляют собой
разновидность плоского
конденсатора, так как в
результате перемещения
подвижной части изменяется
емкость системы
1 – неподвижные
2 – подвижные алюминиевые
электроды
Энергия электростатического поля
между электродами
Wэ = CU2/2

3. 1.4.1. Электростатические измерительные приборы. Достоинства и недостатки

18
Электростатические силы взаимодействия
заряженных электродов создают вращающий
момент, под действием которого подвижные
электроды втягиваются в пространство между
неподвижными и изменяют активную площадь
электродов, т. е. изменяют емкость С
Уравнение шкалы ЭИП
W – удельный противодействующий момент
Шкала прибора квадратичная, поэтому изменение полярности
приложенного напряжения не изменяет направления вращения

4. 1.4.1. Электростатические измерительные приборы. Достоинства и недостатки

1.4.1. Электростатические измерительные приборы. 17
Достоинства и недостатки
При приложенном переменном напряжении прибор реагирует на
среднее значение момента за период
Достоинства ЭИП:
высокое входное сопротивление; малая, но переменная входная
емкость; малая мощность потребления; возможность
использования в цепи как постоянного, так и переменного токов;
широкий частотный диапазон; независимость показаний от
формы кривой измеряемого напряжения.
Недостатки ЭИП:
квадратичная шкала; малая чувствительность из-за слабого
собственного электрического поля; невысокая точность;
возможность пробоя между электродами; необходимость экрана

5. 1.4.2. Логометры. Принцип действия

16
1.4.2. Логометры. Принцип действия
Логометрами называют приборы, измеряющие отношение двух
величин, например двух токов
Наибольшее распространение получили магнитоэлектрические
логометры двух типов:
а) логометры с подвижными рамками и неподвижным постоянным
(внерамочным или внутрирамочным) магнитом;
6) логометры с подвижным внутрирамочным магнитом
B
F1
B
F2
1
N
S
B(
Логометр с подвижными
рамками
2
M2
M1

6. 1.4. 2. Логометры. Принцип действия

От обычного прибора МЭС логометр конструктивно отличается
следующим:
1. Логометр имеет две одинаковые, жестко связанные между
собой под определенным углом рамки
2. Магнитное поле в воздушном зазоре неравномерно за счет
придания специальной формы неподвижному стальному
сердечнику или полюсным наконечникам постоянного магнита.
Необходимость в этом вызвана тем, что с поворотом подвижной
части логометра вращающий момент должен убывать, а
противодействующий расти
M1 B1 ( )S1W1 I1
- вращающий момент
M2 B2 ( )S2W2 I 2
- противодействующий момент
В1(α) и В2(α) – соответственно магнитная индукция в местах
расположения первой и второй рамок.
15

7. 1.4.2. Логометры. Принцип действия

B1 ( )S1W1 I1 B2 ( )S2W2 I 2
I 1 2 ( )
F ( )
I 2 1 ( )
Уравнение шкалы
14
1 ( ) B1 ( )S1W1 ;
2 ( ) B2 ( )S 2W2 .
α f ( I1 / I 2 )
Угол поворота подвижной части α будет зависеть от отношения токов
I1/I2 только в том случае, если переменные множители ψ1(α) и ψ2(α)
будут различны и по крайней мере один из них должен зависеть от
угла поворота подвижной части
Получение требуемого закона изменения переменных множителей
может быть достигнуто двумя способами: изменением магнитной
индукции в воздушном зазоре В1(α) и В2(α) по определенному закону
или изменением активных площадей рамок S1 и S2 при изменении
угла поворота подвижной части прибора

8. 1.4.2. Логометры. Принцип действия

13
1.4.2. Логометры. Принцип действия
B
F1
B
F2
B(
1
N
S
2
M2
M1
Получение желаемого закона изменения переменных множителей
обеспечивается изменением магнитной индукции вдоль зазора с
помощью сердечника миндалевидной формы. Неодинаковый
характер функций ψ1(α) и ψ2(α) обеспечивается путем смещения
рамок логометра на угол γ друг относительно друга

9. 1.4. 2. Логометры. Принцип действия

Необходимый характер изменения переменных множителей ψ1(α)
и ψ2(α) также может быть достигнут за счет эксцентричной
установки внутреннего магнитопровода (рис. 1) или изменения
активных площадей рамок при повороте подвижной части
прибора (рис. 2).
Рис. 1
Рис. 2
12

10. 1.4. 2. Логометры. Принцип действия

Достоинства:
- показания магнитоэлектрических логометров не зависят от
колебаний напряжения источника питания.
- отличаются хорошими эксплуатационными данными
- невысокая стоимость
1.4.3. Применение логометров в приборном
оборудовании воздушных судов ГА
Магнитоэлектрические логометры используются в качестве
указателей в самолетных электрических манометрах (ЭДМУ,
ЭМ-100, ЭМ-10), в самолетных электрических термометрах
сопротивления (ТУЗ-48, ТНВ-15, ТЭМ-45), в установках для
проверки манометров ЭУПМ-2М и термометров УПТ-1М, а также в
приборах-указателях положения (УП-11-11, УЗП-47,УШ-48 и др.)
11

11. Мосты постоянного тока. Условие равновесия

10
Мосты постоянного тока находят широкое применение при
измерении электрических сопротивлений и неэлектрических
величин (температуры, перемещения, деформации и т.п.),
предварительно преобразованных в электрическое сопротивление
I1
R2
I2
IГ
R1
Г RГ
R4
R3
I
I4
RИ
I3
R1 , R2 , R3 и R4 - сопротивления плеча
моста; RИ - сопротивление диагонали, в
которую включен источник питания, RГ сопротивление измерительной
диагонали (цепи гальванометра).
U
R1 R4 R2 R3
IГ U
,
M
M R Г ( R1 R2 )( R3 R4 ) R1 R2 ( R3 R4 ) R3 R4 ( R1 R2 ).

12. Мосты постоянного тока. Условие равновесия

IГ U
I1
R2
I2
IГ
R1
ГГ
RГ
R4
R3
I
I4
RИ
I3
U
9
R1 R4 R2 R3
,
M
Ток в диагонали моста пропорционален
напряжению источника питания и зависит
от сопротивления плеч моста и
сопротивления гальванометра. При
неизменном напряжении или токе
источника питания и постоянных
величинах сопротивлений, кроме одного
измеряемого, например R1
I Г f ( R1 )
Однозначная связь между измеряемым сопротивлением и током
гальванометра дает возможность по величине тока IГ судить о
величине сопротивления R1

13. Мосты постоянного тока. Условие равновесия

I1
R2
I2
IГ
R1
Г RГ
R4
R3
I
I4
RИ
8
Уравновешенными называются мосты, у
которых измеряемая величина
определяется при отсутствии тока в
гальванометре
R1 R4 R2 R3
IГ U
,
M
I3
U
R1 R4 R2 R3 - условие равновесия
моста
Измеряемое сопротивление может быть включено в любое из
четырех плеч моста. Пусть измеряемое сопротивление
R R
X
1
R3
RX
R2
R4
Таким образом, сопротивление Rх измеряется методом сравнения с
образцовыми сопротивлениями R2, R3, R4 , из которых хотя бы одно
должно быть регулируемым для того, чтобы привести мост в
равновесие

14. Неуравновешенный мост

I1
R2
I2
IГ
R1
Г RГ
R4
R3
I
I4
RИ
Обозначим через R приращение
сопротивления плеча относительно R1
величины его сопротивления при
равновесии моста
I3
U
Тогда для тока гальванометра
IГ U
R1 R4 R2 R3
IГ U
,
M
( R1 R )R4 R2 R3
R R
U 4
M
M
R
I Г UR4
АR M
А ( R Г R2 )( R3 R4 ) R3 R4
7

15. Неуравновешенный мост

R
I Г UR4
АR M
А ( R Г R2 )( R3 R4 ) R3 R4
Величины А и М для данного моста постоянны, поэтому ток
гальванометра нелинейно зависит только от величины
рассогласования одного плеча, то есть от R
I f(R)
Г
Iг
R
Зависимость тока гальванометра
неуравновешенного моста от
сопротивления R
6

16. Применение логометров в приборном оборудовании воздушных судов ГА

5
Использование логометра в качестве указателя дает
возможность свести до минимума погрешности, связанные с
колебаниями напряжения источника питания. Поэтому на ЛА, где
такие колебания достигают больших значений, при измерении
неэлектрических величин с применением неуравновешенных
мостов постоянного тока измерителями обычно служат
магнитоэлектрические логометры
Отклонение подвижной части
логометра является функцией
отношения токов в его рамках
R2
IР1
R1
RР1
R3
RИ
RР2
α F ( I P1 I P 2 )
IР2
R4
U
При U = const ток первой рамки
определяется формулой I UR
Р1
а ток второй
I P2 U
RP 2
R
4
АR M

17. Применение логометров в приборном оборудовании воздушных судов ГА

α F ( I P1 I P 2 )
R2
IР1
R1
I Р 1 UR4
RР1
R3
RИ
RР2
4
IР2
R
АR M
I P2 U
RP 2
R4
U
R
α F ( R4 RP 2
)
AR M
Угол отклонения подвижной части логометра
определяется сопротивлениями, входящими в схему моста, и не
зависит от напряжения U.
Включение рамок логометра в любые плечи или
диагонали моста всегда обеспечивает независимость показаний
логометра от напряжения, если сохраняется линейная
зависимость токов от значения напряжения

18. Применение логометров в приборном оборудовании воздушных судов ГА

3
Применение логометров в приборном
оборудовании воздушных судов ГА
Мостовые схемы с логометрами широко применяются на ЛА при
измерении температуры, давления масла и топлива.
Измерение давления. Наибольшее распространение в авиации
получили дистанционные манометры серий ЭДМУ.
R2
Р1
11
R1
Р2
R1
X
27В
Y
-
+
l
R5
t
S
N
о
R4
l
I1 R R y Rn Rx RRk
I 2 R Rx Rn R y RRk
R3
12
N
R6
S
перемещение
подвижного
центра
R = R + R k + R3 + R5 ;
Rn = R3 + R5
R2 = R4 = R;

19. Применение логометров в приборном оборудовании воздушных судов ГА

2
Применение логометров в приборном
оборудовании воздушных судов ГА
Измерение давления.
I1 R R y Rn Rx RRk
I 2 R Rx Rn R y RRk
R = R + Rk + R3 + R5 ; R2 = R4 = R;
Rn = R3 + R5
Так как величины сопротивлений Rx, Ry определяются
измеряемым давлением P, то из выражения следует, что
при постоянстве остальных сопротивлений отношение
токов также однозначно определяется давлением P.
Отсюда очевидна возможность градуировки логометра в
единицах давления

20. Применение логометров в приборном оборудовании воздушных судов ГА

1
Измерение температуры. Измерение температуры в
термометрах сопротивлений сводится к измерению сопротивления
ЧЭ – металлических или полупроводниковых термосопротивлений.
Для проводников (металлов) принимается линейная зависимость
сопротивления R от температуры T, справедливая в широком
диапазоне температур
R = R0[1 + (T – T0)].
3
-
4
R8
+
2
5
R5
1
R4
R2
R6
R3
t
о
N
П1
S
R1
N
S
Схема обладает
повышенной
чувствительностью,
так как при
изменениях
температуры ток в
одной из катушек
растет, а в другой –
уменьшается.
1 – корпус; 2 – серебряные пластины; 3 – никелевая проволока; 4 –
каркас; 5 – слюдяные прокладки

21. Измерение температуры

3
-
4
R8
+
2
5
R5
1
R4
R2
R6
R3
t
о
N
П1
S
R1
N
S
Теплочувствительным элементом служит никелевая проволока 3,
намотанная на каркас 4 (пластину из слюды). Изоляция проволоки с
внешней стороны осуществляется тонкими слюдяными прокладками 5.
Для улучшения теплообмена чувствительного элемента с окружающей
средой служат серебряные пластины 2. Корпус 1(защитный кожух)
приемника изготовлен из нержавеющей стали. Сопротивление приемника
включено в одно из плеч мостовой измерительной схемы.