Приборы электромагнитной системы принцип действия уравнение шкалы (5 видео)

Содержание

Приборы электромагнитной системы
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ
Приборы электромагнитной системы используются для измерений
§ 97. Электромагнитные приборы
Электромагнитный измерительный механизм
Шкала — электроизмерительный прибор
Электродинамический измерительный механизм
Как работают цифровые измерители
📽️ Видео

Видео:Урок 275. Электроизмерительные приборы. ГромкоговорителиСкачать

Приборы электромагнитной системы

Принцип действия приборов электромагнитной системы основан на взаимодействии магнитного поля, создаваемого током в неподвижной катушке, с подвижным ферромагнитным сердечником. Одна из конструкций электромагнитного механизма представлена на рис. 4.9, где 1 – катушка; 2 – сердечник, укрепленный на оси прибора; 3 – воздушный успокоитель; 4 – спиральная пружинка, создающая противодействующий момент.

При включении прибора под действием магнитного поля катушки сердечник втягивается внутрь катушки. Подвижная часть механизма поворачивается до тех пор, пока вращающий момент не уравновесится противодействующим моментом, создаваемым пружинкой.

Рис. 4.9. Устройство прибора электромагнитной системы

Вращающий момент, возникающий при прохождении тока I через катушку,

где L – индуктивность катушки; a – угол поворота подвижной части.

Из условия равенства вращающего и противодействующего моментов получим

. (4.6)

Из (4.6) следует, что при измерении в цепи переменного тока угол поворота подвижной части прибора электромагнитной системы пропорционален квадрату среднеквадратического значения тока, т.е. не зависит от направления тока. Поэтому электромагнитные приборы одинаково пригодны для измерений в цепях постоянного и переменного тока. В соответствии с (4.6) шкала прибора квадратичная, однако на практике ее можно приблизить к линейной подбором формы сердечника.

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 можно отнести большое собственное потребление энергии, невысокую точность, малую чувствительность и сильное влияние магнитных полей.

Промышленностью выпускаются амперметры электромагнитной системы с верхним пределом измерения от долей ампера до 200 А и вольтметры с пределами измерения от долей вольта до сотен вольт.

При необходимости расширения пределов измерения амперметров и вольтметров применяются шунты и добавочные сопротивления. Для расширения пределов измерения амперметров в области повышенных частот используются трансформаторы тока. На рис. 4.10 показано включение амперметров во вторичную обмотку трансформатора тока.

Рис. 4.10. Включение амперметра с трансформатором тока

На рис. 4.10 w₁ – первичная обмотка; w ₂ – вторичная обмотка; I₁, и I₂ – соответствующие токи.

Приборы электромагнитной системы применяются в основном в качестве щитовых амперметров и вольтметров переменного тока промышленной частоты. Класс точности щитовых приборов 1,5 и 2,5. В некоторых случаях они используются для работы на повышенных частотах: амперметры до 8000 Гц, вольтметры до 400 Гц. Выпускаются также переносные приборы электромагнитной системы классов точности 0,5 и 1,0 для измерения в лабораторных условиях.

Выпрямительные приборы. Выпрямительные приборы применяются для измерения напряжения и силы тока в частотном диапазоне от звуковых частот до высоких и сверхвысоких частот. Принцип работы таких приборов заключается в выпрямлении переменного тока с помощью полупроводниковых диодов (рис. 4.11).

Рис. 4.11. Выпрямительные приборы

Постоянная составляющая выпрямленного тока измеряется прибором магнитоэлектрической системы, например микроамперметром. В схеме прибора используют однополупериодные и двухполупериодные выпрямители.

В однополупериодных схемах (рис. 4.11, а) ток через магнитоэлектрический прибор, включенный последовательно с диодом Д₁, пропускается только в положительный полупериод. В отрицательный полупериод, для которого сопротивление диода Д₁ велико, ток протекает через диод Д₂, включенный параллельно прибору. Для уравнивания сопротивления параллельных ветвей последовательно со вторым диодом включен резистор R, сопротивление которого равно сопротивлению измерительной цепи прибора. Подвижная часть магнитоэлектрического прибора обладает механической инерцией и при частотах выше 10…20 Гц не успевает следить за мгновенными значениями вращающего момента, реагируя только на среднее значение момента. Из уравнения шкалы магнитоэлектрического прибора (4.5) следует, что отклонение стрелки выпрямительного прибора пропорционально среднему за период значению переменного тока. Для однополупериодного выпрямителя при токе синусоидальной формы среднее значение определяется как

и показания прибора

. (4.7)

В двухполупериодных схемах выпрямителя (рис. 4.11, б) ток, протекающий через прибор, увеличивается вдвое по сравнению с током, протекающим в схеме рис. 4.11, а. Для синусоидального тока значение средневыпрямленного тока

Из (4.7) видно, что шкала выпрямительного прибора линейна, и при любой форме кривой измеряемого тока отклонение стрелки прибора пропорционально среднему за период значению. Однако на практике шкалу выпрямительных приборов всегда градуируют в среднеквадратических значениях напряжения (тока) синусоидальной формы. Следовательно, в приборах с двухполупериодным выпрямлением все значения оцифрованных делений шкалы как бы умножены на коэффициент формы К_Ф = 1,11. Отсюда следует, что при измерении тока или напряжения несинусоидальной формы полученный отсчет по шкале такого выпрямительного прибора сначала нужно разделить на 1,11 (получить выпрямленное значение измеряемой величины), а затем умножить на коэффициент формы, соответствующий форме реального сигнала. В приборах с однополупериодным выпрямлением вместо 1,11 подставляют 2,22.

Выпрямительные приборы получили широкое распространение в качестве комбинированных измерителей постоянного и переменного тока и напряжения классов точности 1,5 и 2,5; с пределами измерения по току от 2 мА до 600 А; по напряжению – от 0,3 до 600 В.

Достоинствами выпрямительных приборов являются высокая чувствительность, малое собственное потребление энергии и возможность измерения в широком диапазоне частот. Частотный диапазон выпрямительных приборов определяется возможностями применяемых диодов. Так, применение точечных кремниевых диодов обеспечивает измерение переменных токов и напряжений до частот порядка 10 4 …10 5 Гц. Основными источниками погрешностей этих 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.

Термоэлектрические приборы. Эти приборы используются для измерения токов в диапазоне высоких частот. Термоэлектрический прибор состоит из термоэлектрического преобразователя и прибора магнитоэлектрической системы. Простейший термопреобразователь (рис. 4.12) содержит нагреватель Н, по которому протекает измеряемый ток I, и связанную с ним термопару ТП.

Термоэлектрические преобразователи разделяются на контактные (рис. 4.12, а) и бесконтактные (рис. 4.12, б). В контактном преобразователе имеется гальваническая связь между нагревателем и термопарой, т.е. между входной и выходной цепью, что не всегда допустимо.

Рис. 4.12. Термоэлектрический преобразователь

В бесконтактном преобразователе нагреватель отделен от термопары изолятором из стекла или керамики, либо воздушной прослойкой.

Рабочий спай термопары (см. рис. 4.12, а) находится в тепловом контакте с нагревателем, который представляет собой тонкую проволоку из сплава с высоким удельным сопротивлением (нихром, манганин). Для изготовления термопары применяются еще более тонкие проволочки из термоэлектродных материалов. При прохождении измеряемого тока через нагреватель место контакта нагревателя и термопары нагревается до температуры t₁, а холодный спай b остается при температуре окружающей среды t₀.

В установившемся тепловом режиме мощность, выделяемая в нагревателе P_выд, и мощность, рассеиваемая нагревателем в окружающую среду P_рас, равны. Если учесть, что

где a_m – коэффициент теплоотдачи от нагревателя к окружающей среде; S – площадь теплоотдающей поверхности нагревателя; q – перегрев рабочего спая термопары над температурой окружающей среды (q = t₁–t₀); R_н – сопротивление нагревателя, то

При перегреве рабочего спая термопары на величину q в цепи термопары возникает термоэлектродвижущая сила

где k – коэффициент пропорциональности.

Таким образом, при прохождении измеряемого тока через нагреватель в цепи магнитоэлектрического прибора возникает постоянный ток I_V, пропорциональный квадрату среднеквадратического значения измеряемого тока,

где R_V – сопротивление магнитоэлектрического прибора.

Поскольку действие прибора основано на тепловом действии тока, то понятно, что магнитоэлектрический прибор с термоэлектрическим преобразователем измеряет среднеквадратическое значение переменного тока любой формы. Шкала термоэлектрического прибора близка к квадратичной.

Термоэлектрические приборы получили распространение преимущественно для измерения токов. В качестве вольтметров они практически не применяются, так как их входное сопротивление чрезвычайно мало.

К достоинствам приборов термоэлектрической системы можно отнести высокую чувствительность к измеряемому току, широкий диапазон частот, а также возможность измерения среднеквадратических значений токов произвольной формы. Недостатками термоэлектрических приборов являются неравномерность шкалы, зависимость показаний от температуры окружающей среды и большая инерционность термопреобразователей. Термоэлектрические приборы очень чувствительны к перегрузкам.

В зависимости от назначения термоэлектрические приборы имеют различные пределы измерения (от 1 мА до 50 А), классы точности (от 1,0 до 2,5) и частотный диапазон (от 45 Гц до сотен мегагерц).

Дата добавления: 2015-10-22 ; просмотров: 9115 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Видео:КАК РАБОТАЮТ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ [РадиолюбительTV 50]Скачать

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

Устройство приборов электромагнитной системы. Принцип работы основан на взаимодействии магнитного поля тока, протекающего по обмотке неподвижной катушки, с подвижным железным сердечником, помещённом в этом магнитном поле. Прибор состоит из (см. рис. 3) прямоугольной катушки А, внутрь которой при наличии в ней тока втягивается ферромагнитный магнитопровод (сердечник, изготовленный из мягкого железа) В в виде фигурной пластинки, укрепленной эксцентрично на оси со стрелкой С. Противодействующий момент создается спиральной пружиной D.

Принцип действия.Ток, протекающий по катушке А образует внутри нее магнитное поле, под действием которого железный сердечник, поворачиваясь вокруг оси, втягивается внутрь катушки. При увеличении тока возрастает индукция в щели катушки и увеличивается намагничивание железного сердечника.

Механическая сила магнитного поля в направлении x равна производной от энергии по линейному перемещению:

(14)

Если магнитопровод катушки занимал не среднее, не симметричное положение относительно катушки, то равнодействующая всех механических сил магнитного поля стремится «втянуть» его в центр, середину катушки, так, чтобы он занимал симметричное положение. Такое положение сердечника обеспечивает наибольшую магнитную проницаемость среды и соответствует максимальному значению индуктивности катушки. Увеличение энергии магнитного поля происходит при этом за счет электрической энергии внешнего источника.

Если ток в обмотке катушки поддерживается за счет внешнего источника электрической энергии постоянным, то вращающий момент равен:

, (15)

где L – индуктивность неподвижной обмотки, увеличивающаяся при втягивании фигурной пластинки.

Вращающий момент за счет магнитного поля обмотки уравновешивается противодействием пружины:

(16)

Приравниваем формулы (15) и (16) и получаем:

(17)

Между углом отклонения стрелки и величиной тока наблюдается квад-ратичная зависимость:

(18)

Следовательно, шкала таких приборов неравномерна.

Основные свойства и область применения. Приборы электромагнитной системы используются в основном для измерения переменного тока, хотя могут применяться и для измерения постоянного тока, а также для измерения напряжения промышленной частоты.

Механические силы магнитного поля используются в мощных грузоподъемных электромагнитах, в тормозах, электромагнитных муфтах, соединяющих вращающиеся механизмы, и других устройствах.

ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

Устройство приборов электродинамической системы.Работа электродинамического ИМ основана на взаимодействии магнитных полей неподвижной К₁и подвижной К₂ катушек с токами (рис. 4). Неподвижную катушку 1 обычно выполняют из двух частей; между ними проходит ось, на которой крепят подвижную катушку 2; угол поворота ее регистрирует стрелка 3. Спиральная пружинка 4 служит для создания проти-водействующего момента и подведения тока к подвижной катушке. Для уменьшения времени успокоения применяют воздуный успокоитель (на рисунке не показан). Катушки электродинамической системы могут иметь круглую или прямоугольную форму.

Шкала прибора неравномерная, квадратичная. Потребляемый ток и внутреннее сопротивление зависят от конструкции прибора.

Напряженность собственного магнитного поля электродинамического ИМ невелика, поэтому внешние магнитные поля (в частности, магнитное поле Земли) заметно влияют на его показания. Для уменьшения этого влияния применяют экранирование или астазирование.

При экранировании измерительный механизм помещают внутри одинарного или двойного экрана из ферромагнитного материала. При астазировании измерительный механизм выполняют из двух неподвижных и двух подвижных катушек. Подвижные катушки крепят на общей оси. При соответствующих направлениях токов в катушках вращающий момент не зависит от внешнего магнитного поля. Однако астатические ИМ сравнительно дороги и применяются редко.

Принцип действия. В измерительном приборе электродинамической системы электромагнитная энергия преобразуется в механическое перемещение его подвижной части. Изменение электромагнитной энергии равно работе сил поля:

(19)

При угловом перемещении подвижной части:

(20)

(21)

Полученное соотношение называют обобщенным выражением вращающего момента. Оно справедливо для всех электромеханических измерительных приборов (см. вывод уравнения преобразования или уравнения шкалы в разделе «Моменты, действующие на подвижную часть ИМ»).

Дальнейший вывод относится к электродинамическому измерительному прибору. Мгновенное значение электромагнитной энергии системы, состоящей из двух катушек равно:

, (22)

где L_в – индуктивность неподвижной катушки (катушки возбуждения); L_р — индуктивность подвижной катушки (рамки); М – взаимная индуктивность катушек; i_в и i_р – мгновенные значения соответствующих токов.

При повороте рамки меняется только взаимная индуктивность. Поэтому

(23)

Вращательный момент для рассматриваемого механизма:

(24)

При установившемся отклонении момент. Определяемый выражением (24), уравновешивается противодействующим моментом:

Из выражений (24) и (25) следует:

(26)

Угол поворота подвижной катушки К₂ зависит от величины тока, проходящего по катушкам.

Основные свойства и область применения. Приборы электродинамической системы применяют для измерений в цепях переменного тока. На основе этой системы разработаны амперметры, вольтметры и ваттметры высоких классов точности.

Приборы электродинамической системы могут применяться для измерения электрических величин в цепях как постоянного, так и переменного тока, но наиболее широко используют их для измерения тока и напряжения низкой (промышленной) частоты, а также для измерения мощности.

Электродинамические амперметры и вольтметры измеряют среднеквадратическое (действующее) значение тока или напряжения.

В электродинамическом ИМ отсутствуют ферромагнитные элементы. Это устраняет погрешности, связанные с нелинейностью и нестабильностью свойств ферромагнетиков. Поэтому электродинамические приборы являются наиболее точными среди других приборов переменного тока (класс точности 0,5; 0,2; 0,1). Однако столь малая погрешность имеет место лишь на низких частотах. На повышенных частотах появляется погрешность, обусловленная влиянием индуктивных сопротивлений катушек.

ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

Устройство приборов электростатической системы. Пластины конденсатора могут быть не только неподвижны, но и перемещаться относительно друг друга (рис. 5).

При относительном линейном перемещении пластин работа может совершаться либо за счет внешнего источника электрической энергии, подсоединенного к выводам пластин, либо за счет энергии электрического поля предварительно заряженных пластин, либо за счет стороннего источника неэлектрической энергии, механически перемещающего пластины.

Если конденсатор отключен от внешних источников энергии, то механическая работа может совершаться только за счет предварительно накопленной энергии электрического поля. При этом энергия электрического поля может только уменьшаться. Это уменьшение равномеханической работе по перемещению пластин на расстояние dx:

Отсюда следует,что механическая сила электрического поля

(28)

равна производной от энергии по линейному перемещению.

Принцип действия.Измеряемое напряжение подводится одним полюсом к неподвижным пластинам, а другим к подвижным, которые втягиваются при этом внутрь неподвижных.

Как известно из механики, механический момент равен производной от энергии по углу поворота:

(29)

Этот момент стремится так повернуть пластины относительно друг друг друга, чтобы увеличить эквивалентную емкость системы этих пластин.

Если угловое движение пластин совершается только за счет энергии электрического поля емкости, то это движение при неизменном заряде q конденсатора происходит до тех пор, пока емкость не станет возможно наибольшей при данной конфигурации пластин. Энергия электрического поля при этом будет минимальной. Механический момент при q = const

(30)

пропорционален производной .

Механический момент в электрическом поле может создаваться и при поддержании напряжения на обкладках конденсатора постоянным за счет внешнего источника электрической энергии.

Механический момент при U = const.

(31)

пропорционален производной от емкости по углу и квадрату напряжения.

Угловое движение пластин при этом приводит к увеличению и емкости, энергии электрического поля.

Механический момент электрического поля в точке равновесия уравновешивается моментом противодействующей пружины M_п (φ):

, (32)

где k – коэффициент жесткости пружины.

Тогда из равенства вращающего и противодействующего моментов получим следующую зависимость:

(33)

Угол поворота стрелки зависит от величины приложенного напряжения.

Прибор практически не потребляет мощности. Шкала сжата вначале и почти равномерна в остальной части.

Основные свойства и область применения. Применяется для измерения высоких напряжений в цепях постоянного и переменного тока.

ТЕПЛОВЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

Устройство приборов тепловой системы. Туго натянутая тонкая платино-иридиевая нить Н нагревается проходящим через нее измеряемым током. Вызываемое этим удлинение нити влечет за собой вращение оси стрелки.

Принцип действия тепловой системы основан на изменении длины проводника при его нагреве. Шкала прибора неравномерная, квадратичная. Сопротивление нити порядка 0,1 Ом. Система невосприимчива к внешним мешающим полям. Показания зависят от окружающей температуры.

Основные свойства и область применения. Применяется для грубых измерений токов высокой частоты.

ПРИБОРЫ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

Устройство приборов и принцип действия термоэлектрической системы.Измеряемый ток проходит через нить Н и подогревает место спая термопары, состоящей из стальной С и константановой К проволок. Между этими проволоками возникает термо – э. д. с., которая создает постоянный ток через магнитоэлектрический прибор П. Прибор градуируется на значения переменного тока, протекающего через нить Н. Шкала прибора неравномерная, близкая к квадратичной.

Основные свойства и область применения. Точность прибора невысокая: порядка 2,5% на технической частоте и порядка 5% на высокой частоте. Применяется для измерения переменных токов низкой и высокой частоты.

Амперметр

Амперметрами называют приборы, служащие для измерения силы тока. При измерениях амперметр включают в цепь последовательно. Слабые токи измеряются обычно магнитоэлектрическими амперметрами с высокой чувствительностью. Такие приборы называются миллиамперметрами (токи до 10 -3 А ) и микроамперметрами ( токи до 10 — 6 А ).

Вольтметр

Вольтметрами называют приборы служащие для измерения напряжения» При измерениях вольтметр включают параллельно тому участку цепи, на концах которого хотят измерить разность потенциалов.

Гальванометры

Гальванометрами называют чувствительные приборы, служащие для измерения малых токов, напряжений и количеств электричества, ими можно измерить токи до 10 — 11 А и напряжение до 10 – 8 В. Чаще всего встречаются гальванометры магнитоэлектрической системы.

Измерительный прибор, электрическую схему которого можно переключить для изменения интервалов измеряемой величины, называется многопредельным. В многопредельные амперметры внутрь прибора вмонтирован шунт (рис. 6а). Шунтом называется сопротивление, включаемое в цепь параллельно амперметру, вследствии чего в амперметр ответвляется только часть измеряемого тока. Величину сопротивления, которое необходимо подключить в качестве шунта, можно рассчитать:

Пусть , где I_A – ток, измеряемый амперметром,

I – ток, который необходимо измерить.

Согласно I правилу Кирхгофа: I_Ш = I — I_A

Если контур не содержит э. д. с., то напряжение на амперметре и шунте будет одинаковым. По закону Ома:

I_Ш∙R_Ш = I_А∙R_А;

Отсюда:

Следовательно, чтобы измерить амперметром ток в «n» раз больший максимально возможного для данного прибора, необходимо взять сопротивление шунта в (n – 1) раз меньше сопротивления амперметра.

В многопредельные вольтметры вмонтированы добавочные сопротивления, которые включаются последовательно с вольтметром. Величина необходимого дополнительного сопротивления рассчитывается следующим образом (см. схему, рис. 6б):

, где U_В – напряжение, измеряемое вольтметром,

U – напряжение, которое нужно измерить.

При последовательном соединении

;

Таким образом, чтобы измерить вольтметром напряжение в «n» раз большее максимально возможного для данного прибора, необходимо взять добавочное сопротивление в (n – 1) раз большее сопротивления вольтметра.

Пользуются многопредельными приборами так, чтобы выбранная шкала измерений давала наименьшую погрешность ; многопредельные приборы могут иметь одну или несколько шкал, поэтому приходиться делать пересчет для каждого предела и каждой шкалы. т.е. находить цену деления каждой шкалы.

1. Сделать описание каждого измерительного прибора (название, система, класс точности и т.д. ), находящегося на лабораторном столе.

2. По формулам (11) и (12) вычислить чувствительность и цену деления каждого прибора. Для многопредельных приборов определяют цену деления для всех диапазонов. Указать по какой шкале проводились измерения.

3. Собрать схему, которая имеется в методическом пособии (рис. 7) согласно базовой работе на лабораторном столе и найти значение измеряемых величин (тока и напряжения на реостате, катушке индуктивности, соленоиде, в зависимости от электрической схемы).

4. Определить измеряемую величину, ее абсолютную и относительную погрешности. Полученные в ходе работы результатаы записать в следующей форме:

где

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Цель и производство работы.

2. Измерительные приборы и их назначение. Классификация

3. Принцип действия электроизмерительных приборов различных систем: магнитоэлектрических, электромагнитных,электродинамических, электростатических, тепловых, термоэлектрических.

4. Абсолютная и относительная погрешности измерений. Класс точности прибора. Чувствительность прибора. Цена деления шкалы прибора.

5. Принцип работы гальванометра, амперметра, вольтметра. Единицы измерения заряда, силы тока, напряженности в СИ, их обозначение согласно

6.Способы изменения диапазонов измерения приборов. Расчет шунтов для амперметра и вольтметра.

Видео:Урок 179 (осн). Электроизмерительные приборыСкачать

Приборы электромагнитной системы используются для измерений

Видео:Принцип действия электромагнитных расходомеров RosemountСкачать

§ 97. Электромагнитные приборы

Электромагнитные приборы и их устройство.

Принцип работы приборов этой системы основан на взаимодействии магнитного поля, создаваемого катушкой 1 со стальным сердечником 3, помещенным в поле этой катушки. Электромагнитный измерительный механизм выполняют с плоской (рис. 324, а) или круглой (рис. 324,б) катушкой.

Рис. 324. Устройство электромагнитных измерительных механизмов с плоской (а) и круглой (б) катушками

В приборах с плоской катушкой сердечник установлен на оси, несущей стрелку. При прохождении тока по катушке 1 сердечник 3 будет намагничиваться и втягиваться в катушку, поворачивая ось и стрелку. Повороту оси препятствует спиральная пружина 2. Когда усилие, создаваемое пружиной, уравновесит усилие, созданное катушкой, подвижная система прибора остановится и стрелка зафиксирует на шкале определенный ток.

Вращающий момент, воздействующий на подвижную часть прибора, пропорционален силе притяжения F электромагнита, под действием которой сердечник втягивается в катушку. Сила притяжения F, как было показано в § 93, пропорциональна квадрату индукции в, создаваемой магнитным полем катушки; следовательно, она пропорциональна квадрату тока I в катушке. Поэтому вращающий момент

M = c1I2 (96)

где c1 — постоянная величина, зависящая от конструктивных параметров прибора (числа витков и размеров катушки, материала и формы сердечника) и положения сердечника относительно катушки.

При втягивании сердечника в катушку вращающий момент М изменяется пропорционально I2.

Под действием момента М подвижная часть прибора будет поворачиваться до тех пор, пока этот момент не будет уравновешен противодействующим моментом Mпр = c2α, созданным пружинами или растяжками. В момент равновесия М = Mпр, откуда

α= (c1/c2) I2 = kI2 (97)

где к — постоянная величина.

Следовательно, в приборах с электромагнитным измерительным механизмом угол поворота а подвижной части и стрелки пропорционален квадрату тока, проходящего по катушке. Поэтому такой прибор имеет неравномерную (квадратичную) шкалу. Для сглаживания этой неравномерности сердечнику придается особая лепестко-образная форма, вследствие чего форма магнитного поля и усилие, создаваемое катушкой, изменяются по мере втягивания сердечника.

Устранение колебаний подвижной системы прибора при переходе стрелки из одного положения в другое осуществляется демпфером 5.

В приборах с круглой катушкой подвижная система поворачивается в результате взаимодействия двух стальных намагничивающихся пластинок 3, расположенных внутри катушки 1. Одна из них укреплена на оси прибора, а другая — на внутренней поверхности каркаса катушки.

При прохождении тока по катушке пластины намагничиваются, и их одноименные полюсы оказываются расположенными друг против друга. Между ними возникают силы отталкивания и создается вращающий момент, поворачивающий ось со стрелкой 4.

Применение.

используют, главным образом, для измерения тока и напряжения в промышленных установках переменного тока. При периодическом изменении тока, проходящего через прибор, усилие, создаваемое его катушкой, не будет изменяться по направлению, так как оно пропорционально квадрату тока.

Угол отклонения стрелки определяется некоторым средним усилием F, значение которого пропорционально среднему квадратичному значению тока или напряжения. Следовательно, электромагнитные приборы в цепях переменного тока измеряют действующие значения тока или напряжения.

Катушка при измерениях может быть включена в электрическую цепь последовательно или параллельно двум точкам, между которыми действует некоторое напряжение. В первом случае прибор будет работать в качестве амперметра, во втором — в качестве вольтметра.

Достоинством приборов электромагнитной системы являются простота и надежность конструкции, невысокая стоимость, стойкость к перегрузкам и пригодность для измерений в цепях переменного и постоянного тока. К недостаткам относятся невысокая точность, малая чувствительность, неравномерность шкалы и зависимость показаний от внешних магнитных полей и частоты переменного тока.

Астатические приборы.

Катушки электромагнитных приборов создают относительно слабое магнитное поле, так как силовые линии этого поля проходят в основном по воздуху. Поэтому такие приборы весьма чувствительны к влиянию внешних магнитных полей. Для защиты от этих влияний электромагнитные приборы окружают стальными экранами или выполняют астатическими. В астатическом приборе имеются две плоские катушки 1 и два сердечника 2, расположенные на общей оси (рис. 325).

Рис. 325. Устройство астатического измерительного механизма

Обмотки катушек включают так, чтобы направления их магнитных потоков Ф1 и Ф2 были противоположны. Вращающие моменты действуют на подвижную систему прибора в одинаковом направлении. Поэтому внешний магнитный поток Фвн будет усиливать поле одной катушки и ослаблять поле другой; создаваемый же ими суммарный вращающий момент будет оставаться неизменным.

Видео:СТРЕЛОЧНЫЕ ПРИБОРЫ КАК ПРАВИЛЬНО ЧИТАТЬ и КАК ОНИ УСТРОЕНЫСкачать

Электромагнитный измерительный механизм

Электромагнитный измерительный механизм показан на рис. 7-3. Он состоит из неподвижной катушки А

и подвижной части — стального сердечника
Б
, указательной стрелки, пружины и секторообразного алюминиевого листка
В
успокоителя, укрепленных на одной оси. Измеряемый ток, проходя по неподвижной катушке, создает магнитное пате, которое намагничивает сердечник
Б
и втягивает его внутрь катушки. По углу поворота сердечника определяют величину тока в катушке.

Электромагнитный измерительным механизм

При движении листка В

успокоителя в магнитном поле Магнита
М
в нем индуктируются вихревые токи. Взаимодействием этих токов с полем магнита создается тормозной момент, обеспечивающий успокоение.

Электромагнитный измерительный механизм применим для цепей постоянного и переменного тока, так как втягивание сердечника в катушку не зависит oт направления тока.

Вследствие влияния остаточной индукции сердечника втягивание сердечника, а следовательно, и показание измерительного механизма может быть различным при одинаковых значениях тока при увеличении тока и при уменьшении его. Следовательно, возможна погрешность от остаточной индукции. Для уменьшения этой погрешности сердечники изготовляют из пермаллоя, остаточная индукция которого ничтожна.

Для уменьшения погрешности от внешних полей измерительный механизм окружают стальными экранами или кожухами. Для той же цели применяют астатические измерительные механизмы с двумя последовательно соединенными катушками и соответственно с двумя сердечниками на одной оси. Измеряемый ток создает в катушках поля противоположного направления. Внешнее однородное поле уменьшает магнитное поле одной катушки и настолько же увеличивает поле второй катушки, таким образом, результирующее влияние внешнего поля будет ничтожным.

Видео:Электромагнитная индукция. Простыми словамиСкачать

Шкала — электроизмерительный прибор

Шкалы электроизмерительных приборов представляют собой плоские детали ( в отдельных случаях в виде части цилиндра), на поверхности которых тем или иным способом нанесены цифры и знаки.
Шкалы электроизмерительных приборов обычно изготовляют так, что одно деление шкалы при -; близительно равно максимальной погрешности прибора. Забегая вперед, отметим, что при измерениях, при расчетах и при записи результатов, кроме надежно известных значащих цифр, всегда указывается одна лишняя. Такая процедура, среди прочих, имеет и то преимущество, что позволяет вовремя замечать мелкие нерегулярности исследуемых зависимостей.

Шкалы электроизмерительных приборов могут быть прямыми и обратными. В первом случае начало отсчета расположено в левой части шкалы. Обратная шкала имеет начало с правой стороны. Примером прибора с обратной шкалой является омметр. Точка начала отсчета этого прибора ( нуль омов) расположена справа, так как это положение соответствует отсутствию сопротивления в измеряемой цепи и, следовательно, полному отклонению стрелки прибора. При наличии сопротивления в измеряемой цепи стрелка отклонится не на полную шкалу, причем большему сопротивлению соответствует меньшее отклонение.

Равномерная шкала.| Неравномерная шкала.

Шкалы электроизмерительных приборов бывают равномерные и неравномерные. На равномерной шкале ( рис. V-3) расстояния между делениями одинаковы. Она наиболее удобна для отсчета. На неравномерной шкале ( рис. V-4) расстояния между делениями неодинаковы.

Советуем изучить — Преобразователи напряжения постоянного тока

Шкалы электроизмерительных приборов представляют собой пластинки ( подшкальники) из металла или изоляционного материала, окрашенные или оклеенные бумагой. Подшкальники изготовляются из диамагнитных материалов: листовой латуни, алюминия или цинка толщиной 1 — 1 5 мм. Подшкальники из алюминия обычно корродируются с течением времени, а цинковые подвержены короблению. Железные подшкальники устанавливаются в приборах типа ЭЗО.

Шкалы электроизмерительных приборов, применяемых для измерения синусоидальных токов и напряжений, проградуированы в действующих значениях, и для определения амплитуд синусоидальных величин их показания достаточно увеличить в У 2 раз.

На шкалах стационарных электроизмерительных приборов должна наноситься красная черта, соответствующая номинальному значению измеряемой величины.

На шкалах электроизмерительных приборов промышленного изготовления обязательно указывается тип прибора, его система, род тока, рабочее положение корпуса, испытательное напряжение прочности изоляции его токонесущих частей, номинальная частота ( или диапазон частот), год выпуска и заводской номер.

Наличие на шкалах электроизмерительных приборов условных обозначений позволяет без изучения описания или паспорта иметь основные сведения о приборе, достаточные для решения вопроса о возможности его использования.

В фотометрах прямого отсчета шкала электроизмерительного прибора часто градуируется непосредственно в светотехнических единицах.

В фотометрах прямого отсчета шкала электроизмерительного прибора часто градуируется непосредственно в световых единицах.

На рисунке 308 изображены шкалы электроизмерительных приборов. Как называются эти приборы.

Отсчет показаний производится по шкале электроизмерительного прибора с последующим умножением этик показаний на соответствующий коэффициент поддиапазона. Участки шкалы от нуля до первой значащей цифры являются нерабочими.

Какие условные обозначения имеются на шкале электроизмерительного прибора.

Видео:Измерительные приборы электромагнитной системы. Обзор.Скачать

Электродинамический измерительный механизм

Электродинамический измерительный механизм (рис. 7-4 и 7-5)состоит из двух катушек — неподвижной А

, имеющей две секции, и подвижной
Б.,
укрепленной на одной оси с указательной стрелкой, крылом
В
воздушного успокоителя и двумя спиральными пружинами.

При прохождении тока I

1по неподвижной катушке и тока
I
2 по подвижной катушке между ними возникает электродинамическое взаимодействие. В результате на подвижную катушку будет действовать пара сил
FF
(риc. 7-5), т. е. вращающий момент. Поворот подвижной катушки происходит до тех пор, пока вращающий момент не уравновесится противодействующим моментом пружин.

При постоянном токе вращающий момент и угол поворота подвижной катушки пропорциональны произведению токов в катушках

При переменном токе мгновенный вращающий момент пропорционален произведению мгновенных значений токов, а средний за период вращающий момент и пропорциональный ему угол поворота подвижной катушки определяются произведением действующих значений токов в катушках и косинусу угла сдвига между ними, т.е.

Рис. 7-4. Электродинамический измерительный механизм.

До этому углу поворота, как будет показано ниже, определяют значение измеряемой величины.

Отсутствие стали в измерительном механизме, а следовательно, и погрешности от остаточной индукции обеспечивают возможность изготовить эти механизмы для измерений высокой точности.

Для уменьшения погрешностей от внешних магнитных полей, обусловленных слабым магнитным полем измерительного механизма, применяются те же средства, что и для электромагнитных измерительных механизмов.

Слабому магнитному полю соответствует слабый вращающий момент и, следовательно, для получения высокой точности необходимо уменьшить погрешность от трения. Это достигается уменьшением веса подвижной части и безупречной обработкой осей и опор. Кроме того, поперечное сечение пружин и провода подвижной катушки мало, поэтому электродинамический измерительный чувствителен к перегрузке.

Получение вращающего момента вэлектродинамическом измерительном механизме.

Видео:Амперметр и вольтметр: что у них внутри?Скачать

Как работают цифровые измерители

Цифровые электроизмерительные приборы имеют высокий класс точности (погрешность варьируется от 0,1 до 1,0 %) и широкий предел измерений. Они быстродейственны и могут совместно работать с электронно-вычислительными машинами, что позволяет передавать результаты измерений без каких-либо искажений на различные расстояния.

Эти устройства считаются приборами сравнения и непосредственной оценки. Их работа основана на принципе перевода измеряемой величины в код, благодаря чему пользователь имеет цифровое представление информации. Ещё какие электроизмерительные приборы относятся к цифровым? Это устройства, которые, измеряя непрерывную электрическую величину, автоматически конвертируют её в дискретную, кодируют и выдают результат в цифровой форме, удобной для считывания пользователем.

Советуем изучить — Правила безопасности вблизи оборванного провода воздушной линии электропередач