Меню

Системы измерительных приборов переменного тока

8.1 Основные типы приборов, измеряющих напряжение и силу тока

8.1 Основные типы приборов, измеряющих напряжение и силу тока

Напряжение и силу тока измеряют приборами непосредственной оценки или приборами, использующими метод сравнения (компенсаторами).По структурному построению всевозможные приборы ,измеряющие напряжение и силу тока, условно можно разделить на три ос­новных типа:

Для измерения напряжения и силы тока 5…20 лет назад (иногда еще и в настоящее время) широко применялись электромеханические приборы. При­боры этих систем часто входят в состав и других, более сложных, средств измерений.

По физическому принципу, положенному в основу построения и конст­руктивному исполнению, эти приборы относятся к группе аналоговых средств измерения, показания которых являются непрерывной функцией из­меряемой величины.

Электромеханические приборы непосредственной оценки измеряемой величины представляют класс приборов аналогового типа, обладающих рядом положительных свойств: просты по устройству и в эксплуатации, обладают высокой надежностью и на переменном токе реагируют на среднее квадратическое значение напряжения. Последнее обстоятельство позволяет измерять наиболее информативные параметры сигнала без ме­тодических ошибок. Электромеханические измерительные приборы строят по обобщенной структурной схеме, показанной на рис. 8.2.

Измерительная схема электромеханического прибора состоит из совокупности сопротивлений, индуктивностей, емкостей и других элементов

Рис. 8.2. Структурная схема электромеханического прибора

электрической цепи прибора и осуществляет количественное или качествен­ное преобразование входной величины х в электрическую величину х’, на которую реагирует измерительный механизм. Последний преобразует элек­трическую величину х’ в механическое угловое или линейное перемещение , значение которого отражается на шкале отсчетного устройства, проградуированной в единицах измеряемой величины N(x). Для этого необходимо чтобы каждому значению измеряемой величины соответствовало одно и только одно определенное отклонение . При этом параметры схемы и измерительного механизма не должны меняться при изменении внешних условий: температуры окружающей среды, частоты питающей сети и дру­гих факторов.

Классификацию электромеханических приборов производят на основании типа измерительного механизма. Наиболее распространенными в прак­тике радиотехнических измерений являются следующие системы: магнитоэлектрическая, электромагнитная, электродинамическая, элек­тростатическая.

—магнитоэлектрическая измерительная система;

—электромагнитная измерительная система;

—электродинамическая измерительная система;

—электростатическая измерительная система;

Условное обозначение типа измерительной системы наносится на шкале прибора или средства измерения.

Магнитоэлектрическая система. В этой системе измеритель­ный механизм состоит из проволочной рамки с протекающим в ней током, помещенной в поле постоянного магнита (магнитопровода). Поле в зазоре, где находится рамка, равномерно за счет особой конфигурации магнитопро­вода. Под воздействием тока рамка вращается в магнитном поле, угол пово­рота ограничивают специальной пружиной, поэтому передаточная функция (часто называемая уравнением шкалы) линейна:

где 0 удельное потокосцепление, определяемое параметрами рамки и магнитной индукцией; W—удельный противодействующий момент, созда­ваемый специальной пружиной,

1 – рамка с измеряемым током и стрелкой;2 – неподвижный сердечник;

3 – полюсные наконечники;4 – возвратная пружина

На основе магнитоэлектрического механизма создаются вольтметры, амперметры, миллиамперметры и другие измерительные приборы, и их структурное построение главным образом определяется измерительной схемой. Измерительные приборы магнитоэлектрической системы имеют достаточно высокую точность, сравнительно малое потребление энергии из измерительной цепи, высокую чувствительность, но работают лишь на постоянном токе.

Для расширения пределов измерения токов амперметрами и напряжений вольтметрами применяют шунты и добавочные сопротивления, которые включают соответственно параллельно и последовательно индикаторам в схемы этих приборов.

Основное использование переносные, лабораторные, многопредельные амперметры и вольтметры постоянного тока.Класс точности 0,05 … 0,5,потребляемая мощность Рсоб 10-5 … 10-4 Вт.

Гальванометры. Особую группу измерителей тока составляют высоко чувствительные магнитоэлектрические приборы — нуль-индикаторы, схемы сравнения, или указатели равновесия, называемые гальванометрами. Их задача показать наличие или отсутствие тока в цепи, поэтому они работают в начальной точке шкалы и должны обладать большой чувствительностью. Гальванометры снабжают условной шкалой и не нормируют по классам точ­ности.

Чувствительность гальванометров выражается в мм или делениях (на­пример, Si 109 мм/А). Такая высокая чувствительность достигается за счет особой конструкции прибора.

Поскольку чувствительность гальванометров очень высока, их градуиро-вочная характеристика нестабильна и зависит от совокупности внешних влияющих факторов. Поэтому при выпуске на производстве чувствительные гальванометры не градуируют в единицах измеряемой физической величины и им не присваивают классы точности. В качестве же метрологических ха­рактеристик гальванометров обычно указывают их чувствительность к току или напряжению и сопротивление рамки.

Современные гальванометры позволяют измерять токи 10 -5 … 10 -12 А и напряжения до 10 -4 В.

Электромагнитная система. Принцип действия электромагнит­ной системы основан на взаимодействии катушки с ферромагнитным сердеч­ником. Ферромагнитный сердечник втягивается в катушку при любой поляр­ности протекающего по ней тока. Это обусловлено тем, что ферромагнетик располагается в магнитном поле катушки так, что поле усиливается. Следова­тельно, прибор электромагнитной системы может работать на переменном токе. Однако электромагнитные приборы являются всё-таки низкочастотны­ми, так как с ростом частоты сильно возрастает индуктивное сопротивление катушки.

Уравнение шкалы или передаточная функция электромагнитной измерительной системы выражается как:

2 ,

где 2 =dt;

– индуктивность катушки

Достоинствами приборов электромагнитной системы являются простота конструкции, способность выдерживать значительные перегрузки, возмож­ность градуировки приборов, предназначенных для измерений в цепях пере­менного тока, на постоянном токе. К недостаткам приборов этой системы можно отнести большое собственное потребление энергии, невысокую точ­ность, малую чувствительность и сильное влияние магнитных полей.

На практике применяют амперметры электромагнитной системы с преде­лами измерения от долей ампера до 200 А, и вольтметры — от долей вольта до сотен вольт. Основное использование в виде щитовых и лабораторных переносных низкочастотных амперметров и вольтметров (f = 0 … 5 кГц).Класс точности 0,5 … 2,5,потребляемая мощность Рсоб =1 … 6 Вт.

Электродинамическая система — измерительный механизм содержит две измерительные катушки: неподвижную и подвижную. Принцип действия основан на взаимодействии катушек, электромагнитные поля кото­рых взаимодействуют в соответствии с формулой:

cos ,

где Mвр — вращающий момент; I1 — ток через неподвижную катушку;I 2 —

ток через подвижную катушку; — фазовый сдвиг между синусоидальными токами; М— коэффициент взаимной индуктивности катушек.

На основе электродинамического механизма в зависимости от схемы соеди­нения обмоток могут выполняться вольтметры, амперметры, ваттметры. Досто- инством электродинамических вольтметров и амперметров является высокая точность на переменном токе. Предел основной приведенной погрешности может быть 0,1.. .0,2 %, что является наилучшим достижимым показателем для измерителыахх приборов переменного тока. По другим показателям электродинамиче­ские приборы близки к электромагнитным. Электродинамические приборы ис­пользуются как образцовые лабораторные низкочастотные высокого класса точности измерительные приборы.

Класс точности 0,1 … 0,2,потребляемая мощность Рсоб = 1 Вт., частотный диапазон 0 … 5кГц.

1 – неподвижная катушка

2 – подвижная катушка

Электростатические приборы — принцип действия электро­статического механизма основан на взаимодействии электрически заряженных проводников. Подвижная алюминиевая пластина, закрепленная вместе со стрелкой, перемещается, взаимодействуя с неподвижной пластиной. Ограничение движения (как и в других электромеханических системах) осуществляется за счет пружинки. Электростатические приборы по принципу действия меха­низма являются вольтметрами. Достоинства этих приборов: широкий частот­ный диапазон (до 30 МГц) и малая мощность, потребляемая из измерительной цепи. Приборы измеряют среднее квадратическое значение напряжения.

Уравнение рамки записывается в виде:

, dt, С – емкость между пластинами.

Основное использование в качестве высокочастотных лабораторных и высоковольтных вольтметров. Класс точности 0,5 … 1,5,потребляемая мощность Рсоб 1 мВт, частотный диапазон 0 … 30 МГц.

8.1 Магнитоэлектрические приборы с преобразователями

переменного тока в постоянный

Описанные выше приборы не решают многих проблем, возникающих при измерении на переменном токе: электромагнитный и электродинамический— низкочастотны, электростатический обладает низкой чувствительностью. Приме­нение магнитоэлектрического механизма в сочетании с преобразователем позво­ляет существенно расширить возможности измерений на переменном токе. По типу преобразователя данные приборы делятся на выпрямительные и термоэлек­трические.

Выпрямительные приборы.Представляют собой сочетание измерительного механизма магнитоэлектрической системы с выпрямителем на полупроводниковых диодах.

Схемы соединений диодов с измерительными механизмами можно разделить на две основные групы: однополупериодные и двухполупериодные.

Наиболее распространены приборы с двухполупериодными схемами выпрямления.

а – трансформаторная; б – мостовая; в, г – мостовая с заменой двух диодов резисторами.

Читайте также:  Как определить силу тока в проводнике до разветвления

При измерении переменного тока мгновенное значение вращающего момента М(t)=Bsωi, где i -мгновенное значение тока, протекающего через измерительный механизм.

Из-за инерционности подвижной части отклонение её определяется средним значением вращающего момента МСР. Для схемы с однополупериодным выпрямлением если ток , средний за период

вращающий момент равен

, где ICP – средневыпрямленное значение синусоидального тока; T – период.

Для схемы с двухполупериодным выпрямлением вращающий момент увеличивается вдвое.

Угол поворота подвижной части при одно- и двухполупериодном выпрямлении соответственно равен

В силу того, что магнитоэлектрическая измерительная система реагирует на постоянный (средневыпрямленный) ток, показания прибора будут пропорциональны средневыпрямленному значению переменного тока или напряжения. Данное обстоятельство является очень существенным, так как приборы проградуированы всредних квадратических значениях синусоидального тока. Это значит, что на шкале прибора представлено не то значение, на которое реагирует прибор (т.е. средневыпрямленное),а величина, умноженная на коэффициент формы синусоиды Кф= 1,11.

При измерении параметров переменного негармонического сигнала; практически всегда возникает методическая погрешность. Например, при градуировке измерительного прибора на синусоидальном токе точке шкалы 100 В соответствовало средневыпрямленное значение напряжения 90 В. Если на этот измерительный прибор подать напряжение, имеющее форму меандра с амплитудой 90В (напомним, что у такого сигнала: Ка = Кф = 1, т.е. Um = U = U ср.в = 90 В), его показания также будут около 100 В (1,11 U ср.в) и абсолютная погрешность измерения напряжения составит △= 100-90=10В.

Выпрямительные приборы при­меняются как комбинированные измерители постоянного и пере­менного тока и напряжения с пре­делами измерения тока от 1 мА до 600 А, напряжения от 0,1 до 600 В.

Достоинствами выпрямительных приборов являются высокая чуст-вительность, малое собственное потребление энергии и возможность измерения в широком диапазоне частот. Частотный диапазон выпрямительных приборов определяется применяемыми диодами. Так, использование точечных кремниевых диодов обеспечивает измерение переменных токов и напряжений на частотах 50… 105 Гц. Основными источниками погрешностей приборов являются изменения параметров диодов с течением времени, влияние окружающей температуры, а также отклонение формы кривой измеряемого тока или напряжения от той, при которой произведена градуировка прибора. Выпрямительные приборы выполняются в виде многопредельных и многоцелевых лабораторных измерительных приборов .К этому типу измерительных приборов относится так называемыйтестер.

Наименьшие пределы измерения переменных токов и напряжений 0,25-0,3 мА и 0,25-0,3 В , малое собственное потребление мощности, широкий частотный диапазон ( до 10-20 кГц).

Недостатки: невысокая точность ( классы точности 1,0-2,5 ); зависимость показаний от формы кривой измеряемой величины.

Область применения: многопредельные ампервольтметры выпрямительные фазометры и самопишущие частотомеры.

Термоэлектрические приборы.Представляют собой сочетание измерительного механизма магнитоэлектрической системы и одного или нескольких термоэлектрических преобразователей.

а) контактная схема термоэлектрических преобразователей

Термоэлектрическая измерительная система — строится на основе терме электрического преобразователя и магнитоэлектрического микроамперметра. Термопреобразователь включает нагреватель, по которому протекает изме- ряемый ток, и термопару, на концах которой возникает термоЭДС. В цепь термопары включен микроамперметр, измеряющий термоток. Рабочий спай термопары находится в тепловом контакте с нагревателем. Нагреватель пред- ставдяет собой тонкую проволоку из металлического сплава с высоким удельным сопротивлением (нихром, манганин). Еще более тонкие проволоч- ки из термоэлектродных материалов применяют для изготовления термопар.

При прохождении измеряемого тока через нагреватель, место его контакта с термопарой нагревается до температуры нагрева, а холодный спай остается при температуре окружающей среды.

Термо-ЭДС, развиваемая термоэлектрическим преобразователем, пропорциональна количеству теплоты, выделяемой измеряемым током в месте присоединения спая. Количество теплоты в свою очередь пропорционально квадрату измеряемого тока. Значение тока I0, протекающего через измерительный механизм может быть определенно как I0=E/r, где E – термо-ЭДС; R – полное сопротивление цепи постоянного тока. Следовательно, показания термоэлектрического прибора пропорциональны квадрату действующего значения тока в нагревателе, т.е. , где k – постоянный коэффициент, зависящий от конструкции и типа термоэлектрического преобразователя и параметров измерительного механизма.

Функционирование прибора основано на тепловом действии тока, и поэтому магнитоэлектрический прибор с термоэлектрическим преобразователем измеряет среднее квадратическое значение переменного тока любой формы.

Термоэлектрические приборы применяют в основном для измерения токов. В качестве вольтметров они практически не используются, так как их входное сопротивление чрезвычайно мало. Достоинством термоэлектрических приборов является широкий частотный диапазон (до 10 МГц). Недостатки: невысокая чувствительность, низкий класс точности (1,5… 4,0), большое потребление энергии из измерительной цепи, малая перегрузочная способность, неравномерная шкала.

Источник

СИСТЕМА ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

СИСТЕМА ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ — совокупность физ. принципов и конструкций приборов, дающих возможность отсчитывать значения измеряемых электрических величин. Существуют следующие основные С. э. п.: (1) магнитоэлектрическая — основана на принципе взаимодействия подвижной рамки с измеряемым током, помещённой в магнитное поле постоянного магнита, в которое эта рамка помещена. Подвижная система рамки связана с указательной стрелкой и имеет две спиральные токоподводящие пружины, которые одновременно служат для создания противодействующего и уравновешивающего моментов сил Ампера (см.). Угол поворота стрелки прибора пропорционален силе тока в рамке. Магнитоэлектрические приборы имеют равномерную шкалу и пригодны только для измерения постоянного тока (амперметры, вольтметры); (2) электромагнитная — основана на взаимодействии катушки с измеряемым током и подвижного сердечника из ферромагнитного материала. Под действием тока, проходящего через катушку, в щель последней втягивается эллипсовидный железный сердечник, эксцентрично насаженный на ось, поворачивая связанную с осью стрелку прибора. Шкала таких приборов неравномерна. Приборы электромагнитной системы просты, дешевы, пригодны для измерения силы и напряжения постоянного и переменного тока, способны выдерживать значительную перегрузку; (3) индукционная — основана на взаимодействии одного или нескольких переменных магнитных потоков с токами, индуцированными в подвижной части прибора. Приборы не имеют подвижных токоведущих частей, способны к перегрузке; обычно используются как счётчики электроэнергии и реже — как амперметры и вольтметры переменного тока; (4) термоэлектрическая — представляет собой соединение магнитоэлектрического измерителя и одного или нескольких термопреобразователей. Последние состоят из нагревателя, по которому протекает измеряемый ток, и термопары, воспринимающей температуру нагревателя. Различают контактные и бесконтактные термопреобразователи, в которых нагреватель и термопара взаимно изолированы. Приборы применяют в качестве амперметров или вольтметров постоянного и переменного тока в широком диапазоне частот, однако их показания зависят от температуры окружающей среды; (5) электродинамическая — система, преобразующая силу измеряемого электрического тока в механическое перемещение; основана на взаимодействии двух (или более) контуров тока (подвижной и неподвижной катушек), по которым протекает постоянный или переменный ток. При протекании токов, связанных с измеряемой величиной, по неподвижной и подвижной катушкам измерительного механизма в результате их электромагнитного взаимодействия возникает вращающий момент, который по мере поворота подвижной катушки (связанной со стрелкой прибора) уравновешивается моментом, создаваемым токоподводящими растяжками или пружинами. Применяют также астатические механизмы (см. астатизм). Система используется в лабораторных многопредельных амперметрах, вольтметрах и ваттметрах (основная погрешность измерений — 0,1%); (6) электростатическая — система, основанная на принципе взаимодействия двух (или более) заряженных проводников (пластин). Различают два основных типа прибора: с изменяющейся активной площадью пластин и с изменяющимся расстоянием между пластинами. Первый тип применяется в основном в вольтметрах для измерения низких напряжений (до сотен вольт), второй — в вольтметрах для измерения напряжений порядка 10000 В и выше. При создании разности потенциалов между неподвижными и подвижными пластинами они заряжаются противоположными зарядами. Электростатические силы взаимодействия перемещают подвижную пластину с закреплённой на оси стрелкой на некоторый угол, пропорциональный измеряемому напряжению, преодолевая при этом усилие противодействующего устройства. Приборы этой системы чувствительны к электростатическим полям, от которых их экранируют; (7) вибрационная — система, основанная на механическом резонансе собственных колебаний упругих элементов подвижной части измерительного механизма (язычков, мембран, нитей и т. п.) с частотой измеряемого переменного тока. Применяется в частотомерах и нуль-индикаторах мостовых и компенсационных схем.

Читайте также:  Явление возникновения тока в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока это

Большая политехническая энциклопедия. — М.: Мир и образование . Рязанцев В. Д. . 2011 .

Смотреть что такое «СИСТЕМА ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ» в других словарях:

Приборостроение — отрасль машиностроения, выпускающая средства измерения, анализа, обработки и представления информации, устройства регулирования, автоматические и автоматизированные системы управления; область науки и техники, разрабатывающая средства… … Большая советская энциклопедия

Измерительная техника — I Измерительная техника отрасль науки и техники, изучающая методы и средства получения опытным путём информации о величинах, характеризующих свойства и состояния объектов исследования и производственных процессов. Для 2 й половины 20 в.… … Большая советская энциклопедия

Измерительная техника — I Измерительная техника отрасль науки и техники, изучающая методы и средства получения опытным путём информации о величинах, характеризующих свойства и состояния объектов исследования и производственных процессов. Для 2 й половины 20 в.… … Большая советская энциклопедия

Электроизмерительный прибор — Электроизмерительные приборы класс устройств, применяемых для измерения различных электрических величин. В группу электроизмерительных приборов входят также кроме собственно измерительных приборов и другие средства измерений меры, преобразователи … Википедия

Электроизмерительные приборы — класс устройств, применяемых для измерения различных электрических величин. В группу электроизмерительных приборов входят также кроме собственно измерительных приборов и другие средства измерений меры, преобразователи, комплексные установки.… … Википедия

Частотомер — (неправ. частотометр) измерительный прибор для определения частоты периодического процесса или частот гармонических составляющих спектра сигнала. Содержание 1 Классификация 2 Электронно счетные частотомеры … Википедия

Волномер — Частотомер (неправ. частотометр) измерительный прибор для определения частоты периодического процесса или частот гармонических составляющих спектра сигнала. Содержание 1 Классификация 2 Электронно счетные частотомеры … Википедия

Частотометр — Частотомер (неправ. частотометр) измерительный прибор для определения частоты периодического процесса или частот гармонических составляющих спектра сигнала. Содержание 1 Классификация 2 Электронно счетные частотомеры … Википедия

Украинская Советская Социалистическая Республика — УССР (Украïнська Радянська Социалicтична Республika), Украина (Украïна). I. Общие сведения УССР образована 25 декабря 1917. С созданием Союза ССР 30 декабря 1922 вошла в его состав как союзная республика. Расположена на… … Большая советская энциклопедия

Стабилитрон — У этого термина существуют и другие значения, см. Стабилитрон (значения) … Википедия

Источник

Основные системы электроизмерительных приборов

date image2015-05-26
views image10325

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

По принципу действия электроизмерительных приборов выделяют следующие основные системы: магнитоэлектрическая, электромагнитная, электродинамическая, ферродинамическая, индукционная, вибрационная, электростатическая, термоэлектрическая, электронная.

В таблице 6.2 и 6.3 приведены условные обозначения наиболее широко применяемых систем электроприборов и некоторые дополнительные обозначения обозначения, указываемые на приборах. Эти обозначения и другие важнейшие характеристики приборов указываются на лицевой панели электрических измерительных приборов (рисунок 6.2).

Таблица 6.2 – Системы электрических измерительных приборов и их условные обозначения

Система прибора Обозначение
Биметаллический
Вибрационный
Индукционный
Магнитоиндукционный
Магнитоэлектрический с подвижной рамкой
Магнитоэлектрический с подвижным магнитом
Ферродинамический
Электродинамический
Электромагнитный
Электростатический
Тепловой

Таблица 6.3 – Дополнительные обозначения, указываемые на приборах

Наименование Характеристика Характеристика Обозначение
Род тока Постоянный
Переменный
Постоянный и переменный
Трехфазный
Трехфазный при неравномерной нагрузке фаз

В таблице 6.4 приведены достоинства, недостатки и область применения электроизмерительных приборов.

Таблица 6.4 – Достоинства, недостатки и область применения электроизмерительных приборов

Система Достоинства Недостатки Область применения
Магнитоэлектрическая Высокая чувствительность и точность. Относительно небольшое влияние внешних полей. Малое потребление электроэнергии. Малое влияние температуры. Пригодны только для постоянного тока. Чувствительны к перегрузкам. Измерение силы тока и напряжения в цепях постоянного тока
Электромагнитная Могут изготовляться на большой ток для непосредственного включения, устойчивы при перегрузках. Пригодны для постоянного и переменного тока, просты по конструкции. Низкая точность, зависимость показаний от внеш-них магнитных полей. Неравномерность шкалы. Измерение силы тока и напряжения в цепях постоянного и переменного тока. Рекомендуется применять преимущественно для измерений в цепях переменного тока.
Система Достоинства Недостатки Область применения
Электродинамическая Высокая точность. Пригодны для постоянного и переменного тока. Зависимость по-казаний от внеш-них магнитных полей и чувствительность к перегрузкам. Неравноменость шкалы. Измерение тока, мощности, напряжения, частоты, угла сдвига фаз в цепях переменного тока, а также напряжения, тока и мощности в цепях постоянного тока.
Тепловая Независимость показаний от частоты и формы кривой переменного тока и внешних магнитных полей. Пригодны для постоянного и переменного тока. Высокая чувствительность. Малое потребление электроэнергии. Высокая чувствительность к перегрузкам. Измерение силы тока в цепях переменного тока промышленной и высокой частоты.
Электростатическая Малое потребление электроэнергии. Малая зависимость показаний от частоты, температуры и магнитных полей. Зависимость от внешнего электрического поля и от влажности воздуха. Измерение напряжения в цепях постоянного и переменного тока.
Вибрационная Просты по конструкции и надежны в работе. Возможность включения прибора в цепи с разным напряжением. Вибрация пластин от внешних толчков. Прерывистость шкалы. Измерение частоты переменного тока.

Измерительный прибор необходимо защищать от ударов и сотрясений. С течением времени точность электроизмерительных приборов снижается, вследствие износа отдельных деталей и узлов, неправильного обращения с ними при измерениях. Поэтому для поддержания приборов в хорошем состоянии их необходимо регулярно осматривать, очищать от пыли, своевременно ремонтировать и периодически поверять.

Контрольные вопросы

1 Укажите классификацию погрешностей измерений.

2 Дайте определения систематическим погрешностям измерительных приборов.

3 Укажите достоинства, недостатки и область применения магнитоэлектрического измерительного механизма.

4 Укажите достоинства, недостатки и область применения электромагнитного измерительного механизма.

5 Укажите достоинства, недостатки и область применения электродинамического измерительного механизма.

6 По каким параметрам производится подбор измерительных приборов для измерений?

Источник



Прибор электромагнитной системы

Электроизмерительные приборы электромагнитной системы (рис.12) предназначены для измерения силы тока и напряжения в цепях постоянного и переменного тока.

Принцип действия приборов электромагнитной системы основан на взаимодействии магнитного поля создаваемого протекающим по неподвижной катушке тока и подвижного железного сердечника.

Приборы электромагнитной системы состоят из

неподвижной катушки, по которой протекает измеряемый ток,

железного сердечника особой формы с отверстиями закрепленного эксцентрично на оси и имеющего возможность перемещаться относительно катушки,

противодействующих спиральных пружин и воздушного успокоителя, представляющего собой камеру в которой перемещается алюминиевый поршенек.

Под действием магнитного поля неподвижной катушкиподвижный сердечник стремясь, расположится так, чтобы его пересекало, возможно, больше силовых линий магнитного поля, втягивается в катушку по мере увеличения в ней силы тока.

Магнитное поле катушки пропорционально току;

намагничивание железного сердечника тоже увеличивается с увеличением тока.

Поэтому можно приближенно считать, что в электромагнитных приборахсоздаваемый вращающий магнитный момент пропорционален квадрату тока. Противодействующий механический момент создаваемый спиральными пружинами пропорционален углу поворота подвижной части прибора, поэтому шкала электромагнитного прибора неравномерная, квадратичная.

В электромагнитных приборах при изменении направления тока меняется как направление создаваемого магнитного поля, так и полярность намагничивания сердечника. Поэтому приборы электромагнитной системы применяются для измерения физических величин в цепях как постоянного, так и переменного токов низких частот без дополнительных устройств.

Достоинствами приборов электромагнитной системы являются:

возможность измерения физических величин в цепях как постоянного, так и переменного токов;

выносливость в отношении перегрузок.

К недостаткам приборов этой системы относятся:

меньшая точность, чем в магнитоэлектрических приборах;

зависимость показаний от внешних магнитных полей.

Прибор электродинамической системы

Электроизмерительные приборы электродинамической системы (рис.13) предназначены для измерения силы тока, напряжения и мощности в цепях постоянного и переменного тока.

Принцип действия приборов электродинамической системы основан на взаимодействии магнитных полей создаваемых измеряемым током, протекающим по неподвижной и подвижной катушкам.

Приборы электродинамической системы состоят из

жестко закрепленной неподвижной катушки,

закрепленной на оси подвижной катушки (расположена внутри неподвижной катушки) с которой жестко связана стрелка, перемещающаяся над шкалой,

противодействующих спиральных пружин и

Под действием магнитного поля неподвижной катушки и тока в подвижной катушке создается вращающий магнитный момент, под влиянием которого подвижная катушка будет стремиться повернуться так, чтобы плоскость ее витков стала параллельной плоскости витков неподвижной катушки, а их магнитные поля совпадали бы по направлению. В первом приближении вращающий магнитный момент, действующий на подвижную катушку, пропорционален как току в подвижной катушке, так и току в неподвижной катушке. Противодействующий механический момент создаваемый спиральными пружинами пропорционален углу поворота подвижной части прибора, поэтому шкала электродинамического прибора неравномерная. Однако подбором конструкции катушек можно улучшить шкалу, то есть получить равномерную шкалу.

Читайте также:  Катушка с током ведет себя как магнит

При перемене направления тока в обеих катушках направление вращающего магнитного момента не меняется. Поэтому приборы электродинамической системы применяются для измерения физических величин в цепях как постоянного, так и переменного токовбез дополнительных устройств.

В зависимости от назначения электродинамического прибора катушки внутри него соединяются между собой последовательно или параллельно.

Если катушки прибора соединить параллельно и установить добавочное сопротивление (шунт – уменьшает сопротивление прибора до требуемого минимального значения), то он может быть использован как амперметр.

Если катушки соединить последовательно и присоединить к ним добавочное сопротивление, то прибор может быть использован как вольтметр.

Приборы электродинамической системы используются для измерения потребляемой в цепи мощности – электродинамический ваттметр.

Он состоит из двух катушек:

неподвижной, с небольшим числом витков толстой проволоки, включенной последовательнос тем участком цепи, в котором требуется измерить расходуемую мощность, и

подвижной, содержащей большое число витков тонкой проволоки и помещенной на оси внутри неподвижной катушки. Подвижная катушка включается в цепь подобно вольтметру, то есть параллельнопотребителю, и для увеличения её сопротивления последовательно с ней вводится добавочное сопротивление. Отклонение подвижной части прибора пропорционально мощности и поэтому шкалу прибора градуируют в ваттах. Ваттметры электродинамической системы имеют равномерную шкалу.

Достоинствамиприборов электродинамической системы являются:

возможность измерения физических величин в цепях как постоянного, так и переменного токов;

Электродинамические амперметры и вольтметры применяются главным образом в качестве контрольных приборов для измерений в цепях переменного тока.

К недостаткамприборов этой системы относятся:

неравномерность шкалы у амперметров и вольтметров;

чувствительность к внешним магнитным полям;

большая чувствительность к перегрузкам.

Электростатический вольтметр

Электростатические приборы служат преимущественно для непосредственного измерения высоких напряжений в цепях постоянного и переменного токов – электростатический вольтметр (рис.14).

Принцип действия электростатического вольтметра основан на электростатическом взаимодействии заряженных проводников.

Электростатический вольтметр состоит из неподвижного электрода, представляющего собой металлическую камеру, подвижного алюминиевого электрода в форме пластинки закрепленного на оси, противодействующей спиральной пружины или системы растяжек, системы быстрого успокоения использующей постоянный магнит и светового указателя.

Измеряемое напряжение подводится одним полюсом к неподвижному электроду, а другим к подвижному электроду. Подвижный и неподвижный электроды заряжаются противоположными по знаку зарядами, и возникающая сила притяжения втягивает подвижный электрод внутрь неподвижного. Противодействующий механический момент создается упругими силами спиральной пружины или системы растяжек.

В электростатических приборах моменты, действующие на подвижную часть малы, поэтому для отсчета показаний прибора пользуются световым лучом, отраженным от небольшого легкого зеркальца, укрепленного на оси.

Угол поворота подвижного электрода зависит как от квадрата напряжения, так и от изменения емкости, поэтому шкала электростатического прибора неравномерная, квадратичная. Подбор размеров и формы электродов позволяет получить зависимость емкости от угла поворота постоянной.

Квадратичная зависимость угла поворота подвижного электрода от напряжения позволяет применять такие приборы для измерения не только постоянного напряжения, но и напряжения переменного тока (до частоты прядка 30МГц).

Электростатические приборы имеют малую входную емкость и высокое сопротивление изоляции; поэтому измерение постоянного напряжения происходит практически без потребления мощности самим прибором и с очень малым потреблением мощности при измерении переменного напряжения.

Электростатические вольтметры применяются для измерений высоких напряжений постоянного, а также переменного токов, причем при измерении высокого напряжения переменного тока не требуется применения специальных измерительных трансформаторов.

Электронные приборы

Приборы такой системы содержат одну или несколько электронных ламп и измерительный прибор магнитоэлектрической системы, соединенных в схему позволяющую производить измерения электрических величин(Ламповый милливольтметр В3–38Б рис.15).

Электронные приборы обладают большим входным сопротивлением, выдерживают достаточно большие перегрузки, но имеют малую точность измерений.

Цифровые измерительные приборы

В цифровых измерительных приборах (относятся к электронным приборам) непрерывно измеряемая величина или её аналог, то есть физическая величина, пропорциональная измеряемой, преобразуется в дискретную форму и результат измерения выводится в виде числа, появляющегося на отсчетном или цифропечатающем устройстве.

Достоинствами цифровых измерительных приборов являются: возможность измерения физических величин в цепях как постоянного, так и переменного токов без дополнительных устройств; быстродействие и устойчивость к помехам. Наличие цифрового отсчетного устройства исключает погрешность отсчета измеряемой величины.

Примером многопредельного комбинированного универсального цифрового полупроводникового прибора является вольтметр В7–22А рис.16. Данный прибор используется в цепях как постоянного, так и переменного токов для измерения напряжения, силы тока и сопротивления в широких пределах.

На передней панели полупроводникового вольтметра В7–22А расположены кнопки, нажатием которых, можно выбрать диапазон измерения (например, от 0 до 0,2; от 0 до 2; от 0 до 20 и т.д.) и измеряемую физическую величину (например, напряжение V в вольтах, силу тока mA в миллиамперах, сопротивление kΩ в килоомах).

Многопредельные приборы

Измерительный прибор, электрическую схему которого можно переключать для изменения интервалов измеряемой физической величины, называется многопредельным (рис.17). В случае амперметров изменение пределов измерений достигается включением различных дополнительных сопротивлений называемых шунтами (рис.18а), в случае вольтметров – включением добавочных сопротивлений (рис.18б) расположенных внутри многопредельного прибора.

Применение многопредельных приборов связано с тем, что часто требуется измерять электрические величины в очень широких пределах с достаточной степенью точности в каждом интервале (электромеханические приборы обеспечивают высокую точность, если снимаемые показания находятся в третьей четверти шкалы). В этом случае многопредельный прибор заменяет несколько однотипных приборов с различными пределами измерения.

Например, при снятии анодных характеристик ламповых и полупроводниковых диодов величина анодного тока, в зависимости от анодного напряжения, может изменяться в пределах от 0 до 5А. Если измерения производить прибором (рис.17), шкала которого рассчитана на 5А, то небольшие токи будут измерены таким прибором с большой погрешностью.

1. Шкала прибора;

2. Зеркало, позволяющее исключить погрешность параллакса;

3. Переключатель пределов измерений;

4. Клеммы, предназначенные для подключения прибора в электрическую цепь.

Наряду с электромеханическими, электронными и цифровыми приборами в лабораторных работах широко используются электронные осциллографы, генераторы сигналов звуковой частоты, блоки питания, реостаты, потенциометры, магазины сопротивлений, добавочные сопротивления и шунты.

Электронный осциллограф

Электронный осциллограф – прибор для графического изображения функциональной зависимости между двумя или более величинами, характеризующими какой–либо физический процесс.

Основной частью осциллографа является электронно-лучевая трубка (ЭЛТ). ЭЛТ состоит из стеклянного болона, из которого выкачан воздух до давления порядка 10 -8 мм.рт.ст. рис.19.

Источником электронов служит катод 2, подогреваемый спиралью 1. Фокусирующий цилиндр 3, регулирует количество вылетающих в единицу времени электронов, то есть яркость пятна на экране. Потенциал фокусирующего цилиндра отрицательный, его иначе называют управляющим электродом. Аноды 4 и 5 ускоряют и фокусируют электроны, концентрируют их в узкий пучок. Подогреватель 1, катод 2, фокусирующий цилиндр 3 и оба анода 4 и 5 образуют так называемую электронную пушку, а фокусирующий цилиндр 3 и система анодов 4 и 5 фокусирующую систему. Выходя из второго анода, электронный пучок проходит между двумя парами пластин 6 и 7 – это вертикально и горизонтально отклоняющие пластины. Между катодом и первым анодом приложено напряжение порядка 10 3 В, электроны ускоряются. Второй анод имеет потенциал выше первого и фокусирует электроны. Между катодом и вторым анодом напряжение составляет 2…5 кВ.

На передней панели электронного осциллографа С1–68 (рис.20) расположены управляющие лучом устройства, позволяющие регулировать фокус, яркость, синхронизировать исследуемый сигнал, перемещать луч вдоль оси Х и Y.

Дата добавления: 2018-08-06 ; просмотров: 6612 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Источник