Межа чутливості електромеханічних приладів

В усталеному режимі кут відхилення рухомої частини гальванометра від нульового положення можна визначити як [1]:

, (1.15)

де Ψ – потокозчеплення. Таким чином, для збільшення чутливості гальванометра слід зменшувати питомий протидіючий момент W і збільшувати потокозчеплення Ψ. Однак в даному випадку максимальний досяжний поріг чутливості визначається шумами.

У відповідності із законамим статистичної механіки середня енергія шумового руху, що припадає на одну степінь свободи системи дорівнює kT/2. Нагадаємо, що k – стала Больцмана; Т – абсолютна температура. Стосуючи вказане співвідношення до гальванометра, у якого лише одна степінь свободи – поворот рухомої частини – отримаємо:

, (1.16)

де – дисперся кута повороту рамки, викликана шумовими явищами. Об’єднуючи рівняння (15) і (16), приходимо до формули:

, (1.17)

де і_ш – середнє квадратичне значення еквівалентного шумового струму.

В режимі, близькому до критичного заспокоєння, для коефіцієнта заспокоєння β можна записати:

, (1.18)

де – період власних коливань рамки. Перетворимо вираз (1.17) з врахуванням (1.18):

. (1.19)

Еквівалентна шумова напруга, відповідно, буде рівною

. (1.20)

Критичний опір гальванометрів, що випускаються вітчизняною промисловістю [1] лежить в діапазоні від 20 Ом до 200 кОм. Період власних коливань Т ₀ зазвичай складає 1…5 с. Таким чином, орієнтуючись на середнє значення Т ₀=2 с, температуру Т =298 К (25˚С), отримаємо і_ш ≈2∙10^‑13…2∙10^‑11 А; U_ш ≈4∙10^‑10…4∙10^‑8 В.

Технологічно зробити можливим відлік достатньо малих кутів повороту рамки гальванометра при вимірюванні малих сигналів можна двома способами. По-перше, можна збільшувати довжину променя від дзеркальця, закріпленого на рамці гальванометра, до відлікового пристрою (шкали). Це забезпечується шляхом встановлення в корпусі гальванометра додаткової системи дзеркал для багаторазового відбиття променя на шляху до шкали, або ж винесенням шкали гальванометра за межі його корпусу. По-друге, можна застосувати фотоелектричний перетворювач невеликого переміщення світлового променя у вторинний електричний сигнал. В якості такого перетворювача зазвичай використовують диференційний фоторезистор, фотодіод, фототранзистор або ж вакуумний фотоелемент. Таким чином вхідний сигнал гальванометра перетворюється у більш потужний електричний сигнал, що отримується з фотоелектричного перетворювача. Такий пристрій назифають фотогальванометричним підсилювачем (ФГП).

ФГП характеризуються більшою в порівняні зі звичайними світловими гальванометрами магнітоелектричної системи механічною надійністю і компактністю. Стабілізація коефіцієнта підсилення ФГП досягається введенням глибокого від’ємного зворотнього зв’язку. Межа чутливості промислових нановольтамперметрів НФК-1 і пікоамперметрів ПФК-1, побудованих на базі ФГП, складає відповідно 4·10^-10 В і 1·10^-12 А. Основна похибка не перевищує ±4%.

Поиск по сайту: