Классификация электроизмерительных приборов

По структурной схеме измерительные приборы подразделяются на аналоговые и цифровые.

Аналоговый измерительный прибор — это средство измерений, у которого измерения являются непрерывной функцией изменения измеряемой величины. Наиболее широко применяются приборы для измерения параметров и характеристик сигналов (вольтметры, осциллографы и т. д.), а также активных и пассивных элементов электрических схем (измерители сопротивления, емкости, индуктивности, параметров микросхем, транзисторов, приборы для снятия частотных и переходных характеристик).

Цифровым измерительным прибором называется средство измерений, автоматически вырабатывающее дискретные сигналы измерительной информации, при этом показания представлены в цифровой форме.

По принципу действия измерительные приборы подразделяются на электромеханические и электронные. Основой электромеханических приборов является измерительная система (механизм), в которой энергия электрического тока преобразуется в механическую энергию. Наиболее часто используемыми являются приборы магнитоэлектрической, электромагнитной и электродинамической систем.

Действие приборов магнитоэлектрической системы (рис. 1) основано на взаимодействии магнитных полей создаваемых постоянным магнитом и электрическим током, проходящим по катушке 2, которая находится в зазоре 3 между стальным цилиндром 4 и полюсными наконечниками 1 постоянного магнита. В результате данного взаимодействия происходит поворот стрелки на угол, величина которого пропорциональна величине силы тока. При этом токоподводящие пружины создают противодействующий момент, благодаря чему стрелка фиксируется в каком-либо положении. На шкале прибора обозначены цифровые значения измеряемой величины (самой силы тока либо пропорциональной ей величины). Приборы такой конструкции получили самое широкое распространение в измерительной технике для измерения постоянного электрического тока. Особенно они удобны для измерения токов небольшой величины (от нуля до нескольких десятков микроампер). Недостатком приборов такой системы является то, что они могут включаться только в цепь постоянного тока. Для включения таких приборов в цепи переменного тока необходимо использовать выпрямители.

Приборы электромагнитной системы (рис. 2) основаны на взаимодействии неподвижного электромагнита 1 (катушки), через обмотку которого проходит измеряемый ток и сердечника 2 из ферромагнитного материала (магнитомягкая сталь), который закреплен на оси 3 подвижной системы прибора. Под действием магнитных сил сердечник втягивается внутрь катушки и поворачивает ось, вызывая при этом сжатие пружины 5, которая создает противодействующий момент сил. Так как сердечник притягивается электромагнитом при любом направлении электрического тока, то прибор можно использовать как в цепях переменного тока, так и в цепях постоянного электрического тока. Чтобы стрелка прибора не дрожала при изменении положения, или измерении переменного тока, в приборе используется воздушный успокоитель 4. Он представляет собой полый корпус, в котором перемещается поршень, прикрепленный к оси стрелки, при этом между стенками корпуса и поршнем имеется маленький зазор. При резких колебаниях стрелки, перемещению поршня оказывает сопротивление воздушная среда и стрелка успокаивается.

Основу электродинамической системы (рис. 3) составляют две катушки, одна из которых (3) подвижная и находится внутри неподвижной (2). На оси, проходящей сквозь обе катушки, закреплена стрелка 1 и две изолированные друг от друга токоподводящие пружины 5, которые также служат для создания противодействующего повороту стрелки момента сил. Для предотвращения вибрации стрелки на ней имеется успокоитель 4. При протекании тока по катушкам создаются магнитные поля, при взаимодействии которых происходит поворот одной катушки внутри другой. Угол поворота зависит не только от величины силы тока, но и от угла сдвига фаз тока в подвижной и неподвижной катушках. Приборы, основой которых является данная система, могут применяться в цепях и постоянного и переменного тока. Амперметры и вольтметры такой системы имеют шкалу с квадратичной зависимостью угла поворота от силы тока, а шкала ваттметров линейную зависимость.

Наряду с электромеханическими приборами для измерения электрических и неэлектрических величин широко применяют электронные измерительные приборы (ЭИП). Структурная схема таких приборов содержит различные электронные устройства, например, усилители, выпрямители, генераторы и другие, собранные на основе интегральных микросхем, что позволяет уменьшить их габариты и массу. По сравнению с электромеханическими приборами электронные измерительные приборы имеют некоторые преимущества: высокую чувствительность, малое потребление энергии из цепи, в которой производят измерение, широкий диапазон частот.

В современных электронных приборах одним из элементов является аналого-цифровой преобразователь, который измеряемый аналоговый сигнал (напряжение, силу тока и т.п.) преобразует в цифровой код. Такие преобразователи широко применяются при изготовлении мультиметров - универсальных электронных измерительных приборов.

Обычно каждый мультиметр (рис. 4) имеет жидкокристаллический экран 1, на котором отображаются результаты измерений и переключатель 2, позволяющий выбирать, в качестве какого прибора и в какой цепи тока (постоянного или переменного) будет использоваться мультиметр, а также его предел измерения. Для включения прибора в цепь используются соединительные провода, подключающиеся к гнездам 3, имеющим специальные маркировки, одно из них служит " общим" (COM). При выборе назначения прибора необходимо знать, что приставка " AC" означает " переменный", а " DC" – " постоянный".

Кроме того, многие мультиметры позволяют измерять сопротивления резисторов, емкости конденсаторов, снабжаться термопарой для измерения температуры, измерять частоту тока, определять параметры полупроводниковых приборов и т. д.