- •ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ ИЗМЕРЕНИЙ И МЕТРОЛОГИИ
- •СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ
- •Погрешности измерений и средств измерений
- •▲НАЛОГОВЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
- •Магнитоэлектрические приборы
- •Электромагнитные приборы
- •Электродинамические приборы
- •Электростатические приборы
- •Индукционные приборы
- •ЦИФРОВЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ
- •АНАЛОГОВЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ
- •ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ НА БАЗЕ МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ ТЕХНИКИ
- •Структура микропроцессорного прибора
- •Микропроцессор
- •ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
- •Ф = arcsin {уо!В).
Достоинство |
электромагнит |
|
||||||
ных |
приборов |
заключается в |
|
|||||
простоте |
конструкции, |
надеж |
|
|||||
ности, |
высокой |
перегрузочной |
|
|||||
способности благодаря |
отсутст |
|
||||||
вию токопроводов |
у подвижной |
|
||||||
части |
и |
возможности примене |
|
|||||
ния для измерений |
|
в цепях по |
|
|||||
стоянного и переменного тока. |
|
|||||||
К |
недостаткам |
приборов от |
|
|||||
носятся: большая |
потребляемая |
|
||||||
мощность |
(порядка |
10 Вт), |
не |
|
||||
высокая чувствительность, срав |
Рис. 26. Схема измерительного меха |
|||||||
нительно невысокий |
класс |
точ |
низма электромагнитного прибора |
|||||
ности (не выше 0,5), |
слабое |
соб |
|
ственное магнитное поле (для защиты от внешних магнитных полей измерительный механизм прибора экранируют).
На базе приборов этой системы выпускают амперметры и вольт метры с пределами соответственно 10“4... 300 А и 1,5 ... 600 В. Для измерения тока большей силы и больших напряжений приборы под ключают к измерительной цепи, используя измерительные трансфор маторы. Преимущественно приборы применяют как рабочие, они имеют классы точности 0,5; 1,0 и ниже.
Электродинамические приборы
Работа приборов основана на взаимодействии магнитных потоков неподвижной и подвижной катушек при протекании в них тока.
Неподвижная катушка 1 (рис. 27) обычно состоит из двух секций, разделенных воздушным зазором, и изготовляется из медного про вода, намотанного на пластмассовый каркас. Подвижная катушка 2 выполняется бескаркасной из медного или алюминиевого провода. Для подключения подвижной катушки в цепь измеряемого тока ис пользуют пружинки 3 или растяжки. На оси 5 крепятся стрелочный указатель 4 и крыло воздушного успокоителя.
В магнитном поле двух катушек (индексы 1 и 2), через обмотки ко торых протекает постоянный ток (соответственно 1Х и / 2), накапли вается энергия
Wa= 0,5^/? Ь 0,5Ц П -1- М121Х/2, |
(56) |
|
где М12 — взаимоиндуктивность катушек. |
|
|
Взаимодействие магнитных потоков |
и Ф2, вызванных токами |
|
силой /j и / 2, приводит к возникновению вращающего момента |
|
|
М вр = dWjda = 1г1^дМп/да. |
(57) |
Индуктивности Lx и 1 2 не зависят от угла поворота а. Для режима установившегося отклонения подвижной части с учетом выражения
(2) уравнение шкалы прибора можно записать: |
та — I J 2dMy2/ |
/да или |
(58) |
а — (IxI2lm) {dMiJdа). |
Из уравнения (58) следует, что при одновременном изменении на правлений тока знак угла отклонения не меняется, поэтому электро динамические приборы могут применяться как в цепях постоянного, так и переменного тока; шкалы приборов неравномерные, однако, изменяя формы катушек и их взаимное расположение, можно варь ировать величину дМЛ2/да, т. е. организовать практически равномер ную шкалу.
При протекании по катушкам переменных токов (мгновенные
значения и Л2) мгновенный вращающий момент |
|
Мву = ixi.2dM12lda. |
(59) |
Из-за своей инерции подвижная часть реагирует на среднее значе ние момента
Мср = (1/Г) J 1, 1, |
дМ\2 |
|
о |
да |
|
dMn |
||
X |
||
да |
Т |
|
dt = (\/T) j’ / lmsin о) / |
/ 2m sin (со/ — cp) X |
b |
|
dt —I J 2cos (p |
(60) |
da ’ |
|
где ф — сдвиг фаз между токами силы 12 и / 2; /, = / 1т /]/"2; / 2 = = l2m/V2 — действующие значения силы тока в катушках ( /,та и
/2/п — амплитудные значения силы токов).
Сучетом выражений (60) и (2) для приборов, используемых в це пях переменного тока,1
1 |
дМ12 |
Ixh СОЗф. |
|
а = —т |
да |
(61) |
Рис. 27. Схема измерительного механизма электродинамического прибора
о
Достоинствами электродинамических приборов являются: вы сокая точность (класс точности до 0,05), возможность использования в цепях постоянного и переменного тока. К недостаткам относятся: меньшая по сравнению с магнитоэлектрическими приборами чувст вительность, ощутимое влияние внешних магнитных полей (для уменьшения этого влияния измерительный механизм прибора по мещают в металлический экран), сравнительно большое потребле ние энергии.
На базе электродинамических приборов выпускаются ампермет ры, вольтметры, ваттметры, частотометры и фазометры. Ампермет ры и вольтметры изготовляют главным образом в виде переносных приборов высокого класса точности (0,05; 0,1; 0,2 и 0,5) с пределами измерений 10-2 10 А и 7,5 ... 600 В (при больших значениях силы тока и напряжений приборы используют с измерительными транс форматорами).
У амперметров данного типа при измерении силы тока до 0,5 А подвижная и неподвижная катушки соединены последовательно (рис. 28, а), при измерении больших сил тока для исключения пере грева катушек — параллельно (рис. 28, б). Схема подключения вольтметра показана на рис. 28, в, ваттметра — на рис. 28, г. Не подвижная катушка ваттметра образует его токовую обмотку и под ключается последовательно с нагрузкой Rn, подвижная образует об мотку напряжения и подключается параллельно Так как на правление отклонения подвижной части ваттметра зависит от взаим ных направлений токов в катушках, то для обеспечения правильно сти подключения прибора в цепь один из зажимов каждой из обмо
ток имеет обозначение «генераторный зажим». |
‘ |
Электростатические приборы |
|
Принцип работы приборов основан на взаимодействии двух сис тем заряженных пластин, одна из которых подвижна. Неподвижная
система состоит из двух параллельных металлических пластин 1 (рис. 29), а подвижная — из секторообразных алюминиевых пластин 2, укрепленных на оси 5, на которой установлен также стрелочный указатель 4 и один конец противодействующей пружины 3.
Если к неподвижным и подвижным пластинам подвести измеряе мое напряжение U, то они окажутся заряженными противополож ными по знаку зарядами, в результате чего под действием электро статических сил притяжения подвижные пластины будут стремиться войти между неподвижными и занять такое положение, при котором энергия электрического поля W9 = 0,5 CU2 (С — емкость системы заряженных пластин) будет наибольшей. Поворот подвижных пла стин вызывает закручивание пружин или растяжек, создающих про тиводействующий момент.
Вращающий момент, действующий на подвижную часть прибора,
Мвр = dW9/da = д (0,5CU2))da = 0,5 U2 (dClda). |
(62) |
|
В состоянии равновесия подвижной части М пр = М вр, |
с уче |
|
том выражения (2) та = |
0,5 О2 (дС/да), откуда показания прибора |
|
(отклонение стрелки) |
|
|
а = |
0,5 (U2/m) (дС/да). |
(63) |
Из выражения (63) следует, что электростатические приборы мо гут применяться для измерения напряжения в цепях постоянного и переменного тока и что шкалы приборов неравномерны [для прибли жения шкалы к равномерной выбирают соответствующим образом форму подвижных и неподвижных пластин, т. е. задаются опреде ленным законом изменения: дС = / (да)].
Для повышения чувствительности приборов увеличивают число подвижных и неподвижных пластин, подвижную часть выполняют на растяжках и применяют световой указатель. Для успокоения под вижной части применяются как воздушные, так и магнитоиндукци онные успокоители.
На базе электростатических приборов в основном строятся вольт метры, которые из-за низкой чувствительности измерительного ме
ханизма выпускаются на напряжения 0,075 |
300 кВ. |
Достоинствами приборов являются: малое потребление энергии, практически независимость показаний от частоты питающего тока,
1 т
Рис. 29. Схема измери тельного механизма элект ростатического прибора