Измерительные приборы.

При выполнении лабораторных работ приходится пользоваться измерительными приборами. Рассмотрим устройство и принцип работы некоторых из них.

I. Приборы для измерения линейных размеров.

1. Штангенциркуль. Это прибор, который служит для линейных измерений, не требующих высокой точности. Он состоит из стальной штанги А (с неподвижной ножкой В) со шкалой, цена деления которой обычно равна 1мм. Вторая ножка Д подвижная имеет линейный нониус С.

Нониусом называется специальная шкала, дополняющая обычный масштаб и позволяющая повысить точность измерения в 10 – 20 раз.

Линейный нониус представляет собой небольшую линейку С, скользящую вдоль основной шкалы масштабной линейки. Когда ножки В и Д соприкасаются, нуль нониуса и основной шкалы совпадают (рисунок 1).

Рис. 1

Точность измерения штангенциркуля будет определяться точностью нониуса. Точность нониуса равна отношению цены деления шкалы масштабной линейки к числу делений на нониусе.

Чтобы измерить длину предмета, его помещают между ножками штангенциркуля В и Д, которые сдвигают до соприкосновения с предметом и закрепляют винтом Е. (рис 2). После этого делают отсчет по линейке и нониусу и вычисляют длину предмета.

Рис. 2

Для этого отсчитывают целое число миллиметров по линейке А, укладывающееся до нулевого деления нониуса. Затем по нониусу находят, какое по счету деление (риска) нониуса совпадает с делением (риской) линейной шкалы, умножают на точность нониуса и прибавляют к показаниям линейки.

Для рисунка 2 находим: точность нониуса равна: ; отсчет по линейке 16мм, отсчет по нониусу – (совпадает 7 –е деление нониуса с делением на основной шкале) 0,7мм. Таким образом, длина предмета 16,7мм.

При однократном или многократных измерениях в качестве систематической погрешности следует брать величину равную точности нониуса.

2. Микрометр.

Микрометр служит для более точных измерений линейных размеров. Основной частью его является микрометрический винт (рис.3), работа которого заключается в том, что линейное перемещение винта прямопропорционально величине его шага и углу поворота:

l =

где l – линейное перемещение винта, φ – угол поворота винта в радианах,

h – шаг винта – смещение с барабана вдоль линейной шкалы за 1 оборот.

Микрометр состоит из скобы 1(рис.3), неподвижной пятки 2, вращающегося шпинделя 3 с микровинтом, стопорного винта 4 для закрепления шпинделя, гильзы 5 с основной линейкой 6, барабана 8 с круговой шкалой 7, колпачка 9 для крепления барабана на шпинделе и трещотки 10, служащей для равномерного нажатия шпинделя на измеряемый образец. Линейка 6 на гильзе 5 (рис.3), деления на которой нанесены через 1мм, представляет из себя две шкалы, сдвинутые друг относительно друга на 0,50мм (рис.4, а и б).

Верхняя шкала делит каждое деление нижней шкалы пополам. Микрометрический винт (рис.4, в) при вращении движется вдоль масштабной линейки и за один оборот передвигается на полделения, т.е. на 0,50мм. Барабан микрометрического винта разделен на 50 частей (рис.4, г), поэтому точность прибора определяется отношением, показанным на рисунке 4, т.е. получим 0,01 мм. Это указано на микрометре (рис.4, в).

Измерения с помощью микрометра производятся в следующем порядке. Предмет помещают между пяткой 2 и шпинделем 3 и, вращая барабан при помощи трещотки 10, доводят шпиндель до упора о поверхность предмета, сигналом чего служат щелчки трещотки. По линейной шкале, против скошенного края барабана, отсчитывают целое число делений с точностью до 0,50мм. Десятые и сотые доли миллиметра отсчитывают по делению круговой шкалы, оказавшемуся против горизонтальной линии основной шкалы.

На рисунке 4 по линейной шкале целое число делений 11, по круговой шкале – 0,5, в итоге микрометр показывает значение 11,05мм.

На рисунке 5 по линейной шкале целое число делений 12(на нижней части шкалы) и 0,5 деления (на верхней части шкалы), что составляет 12,50мм, по круговой шкале – 20 делений, это - 0,20мм. В результате, показания микрометра: 12,70мм (12+0,5+0,20).

Так как с помощью микрометра можно измерять с точностью до 0,01мм, то в качестве погрешности можно принять эту величину.

I I. Электроизмерительные приборы.

Электроизмерительными приборами называются приборы различных систем, измеряющие такие величины, как силу тока, напряжение, заряд, частоту тока, разность фаз, работу тока и т.д. Электроизмерительные приборы могут быть основаны на механическом перемещении подвижной части со стрелкой или зеркалом под действием электрических или электромагнитных сил. В зависимости от принципа действия этого устройства приборы делятся на магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические и т.д. Эти системы электроизмерительных приборов различаются конструкцией, градуировкой шкалы, чувствительностью, точностью и т.д.

1. Приборы магнитоэлектрической системы.

Принцип действия приборов этой системы основан на взаимодействии измеряемого тока, протекающего по обмотке подвижной катушки, с магнитным полем постоянного магнита.

На рисунке показана схема устройства такого прибора. В зазоре 2 полюсных наконечников неподвижного постоянного магнита 1, изготовленного из высококоэрцитивной стали, устанавливается подвижная катушка (рамка) 3 из тонкого медного или алюминиевого провода, намотанного на легкий алюминиевый каркас, укрепленный на оси 00. Катушка представляет собой основную часть подвижной системы, которая включает и указатель – стрелку 4.

При прохождении тока по виткам рамки возникает сила взаимодействия магнитных полей постоянного тока и постоянного магнита, образуя вращающий момент, пропорциональный силе тока. Вследствие этого взаимодействия подвижная часть прибора поворачивается на некоторый угол. Противодействующий момент создается пружинами, через которые подводится ток к рамке. Стрелка останавливается в таком положении, при котором вращающие моменты магнитных полей уравновешивающих вращающими моментами спиральных пружин, т.е. угол поворота стрелки оказывается пропорциональным силе тока, протекающего через прибор.

Приборы магнитоэлектрической системы применяются как вольтметры и амперметры постоянного тока. При этом клемма, отмеченная знаком „+”, подключается к клемме „+” источника э.д.с., а клемма „–” – на „–” источника.

2. Приборы электромагнитной системы.

В приборах электромагнитной системы железный сердечник втягивается в катушку электромагнита при пропускании по ней тока. Такая конструкция прибора называется «с плоской катушкой». В амперметрах используется катушка с небольшим числом витков толстого провода, в вольтметрах – катушка с большим числом витков тонкого провода.

Плоский ферромагнитный сердечник 5 (с малой коэрцитивной силой) эксцентрично закреплен на оси 2. 3 – поршень воздушного демпфера (успокоителя), двигающегося в цилиндре 4.

Когда по катушке 1 проходит ток, сердечник втягивается в катушку, создавая вращающий момент, поворачивающий стрелку на некоторый угол. Противодействующий момент создается спиральной пружиной 6.

Приборы такой системы не реагируют на направление тока, давая отклонение всегда в одну сторону. Следовательно, им можно измерять как переменный, так и постоянный токи. Приборы просты по конструкции, устойчивы к перегрузкам, однако они менее точны, менее чувствительны, на их показания влияют внешние магнитные поля.

3. Приборы электродинамической системы.

В электродинамических приборах используются две катушки. Одна катушка (неподвижная) создает магнитное поле, другая вращается на оси, приводя в движение стрелку.

Механизм электродинамических приборов состоит из неподвижной катушки 1 и подвижной катушки 2, укрепленной на оси 4 внутри неподвижной.

В результате взаимодействия магнитных полей, созданных токами в подвижной и неподвижной катушках, возникает вращающий момент, пропорциональный произведению сил токов в этих катушках, под воздействием, которого подвиж ная катушка и стрелка 6 поворачиваются на некоторый угол. Противодействующий момент создается пружинами 5. Демпфирование прибора воздушное с помощью крыльчатки 3.

Приборы электродинамической системы высокочувствительны и точны. Они предназначаются для измерения силы тока, напряжения и мощности в цепях постоянного и переменного токов. Чувствительность к перегрузкам, значительное влияние внешних магнитных полей – основные недостатки приборов этой системы.

---

Дата добавления: 2015-07-15