Электромеханические измерительные приборы реферат
Обновлено: 05.07.2024
Содержание
1. Общие вопросы устройства и теории электромеханических приборов. Электромеханический измерительный прибор…………………………………3
Устройство электромеханических приборов……………………………….….…. 3
1. 2 Моменты, действующие на подвижную часть электромеханических приборов………………………………………………………………………………….4
2. Магнитоэлектрические измерительные механизмы и приборы………………. 7
2.1Устройство и принцип действия магнитоэлектрического измерительного механизма………………………………………………………………………………..7
3. Электромагнитные измерительные механизмы и приборы……………………10
4. Электродинамические и ферродинамические измерительные механизмы и приборы…………………………………………………………………………………12
4.1 Устройство и принцип действия электродинамического ИМ………………..12
4.2 Ферродинамические измерительныемеханизмы……………………………..15
5. Электростатические измерительные механизмы и приборы………………….16
6. Индукционные измерительные механизмы и приборы………………………..19
6.1 Устройство и принцип действия индукционного измерительного механизма.19
7. Условные обозначения электромеханических приборов на шкалах………….21
Вывод…………………………………………………………………………………. 22
Используемая литература……………………………………………………………..231. Общие вопросы устройства и теории электромеханических приборов
Электромеханический измерительный прибор
1.1 Устройство электромеханических приборов
В аналоговых электромеханических измерительных приборах непосредственной оценки электромагнитная энергия, подведенная к прибору непосредственно из измеряемой цепи, преобразуется в механическую энергию углового перемещения подвижнойчасти относительно неподвижной.
Эти приборы относят к приборам прямого действия. Они состоят из электрического преобразователя (измерительной цепи), электромеханического преобразователя (измерительного механизма), отсчетного устройства (рис. 1).
Рис. 1 Структурная схема электромеханического прибора
Измерительная цепь обеспечивает преобразование электрической измеряемой величины X в некоторуюпромежуточную электрическую величину Y (ток или напряжение), функционально связанную с измеряемой величиной X. Величина Y непосредственно воздействует на измерительный механизм (ИМ).
По характеру преобразования измерительная цепь может представлять собой совокупность элементов (резисторов, конденсаторов, выпрямителей, термопар и др.). Различные измерительные цепи позволяют использовать один и тот же ИМпри измерениях разнородных величин, напряжения, тока, сопротивления, меняющихся в широких пределах.
Измерительный механизм, являясь основной частью конструкции прибора, преобразует электромагнитную энергию в механическую энергию, необходимую для отклонения его подвижной части относительно неподвижной. У большинства измерительных механизмов перемещение подвижной части состоит в повороте относительнонеподвижной на угол α.
Отсчетное устройство состоит из указателя и шкалы. Оно преобразует угловое перемещение подвижной части в перемещение указателя l, которое выражается в делениях шкалы.
В зависимости от принципа преобразования электромагнитной энергии в механическое угловое перемещение подвижной части измерительного механизма, электромеханические приборы подразделяются на следующие группы(системы): 1) магнитоэлектрические; 2) электромагнитные; 3) электродинамические; 4) ферродинамические; 5) электростатические; 6) индукционные.
1.2 Моменты, действующие на подвижную часть электромеханических приборов
Подвижная часть ИМ представляет собой механическую систему с одной степенью свободы относительно оси вращения. Момент количества движения равен сумме моментов, действующих на подвижную часть.Дифференциальное уравнение моментов, описывающее работу ИМ, имеет вид
где J - момент инерции подвижной части ИМ; α - угол отклонения подвижной части.
На подвижную часть ИМ при ее движении воздействуют:
вращающий момент М, определяемый для всех ЭИП скоростью изменения энергии электромагнитного поля Wэм, сосредоточенной в механизме, по.
Электромеханические измерительные приборы (ЭИП) отличаются простотой, дешевизной, высокой надежностью, разнообразием применения, относительно высокой точностью.
Любой ЭИП состоит из ряда функциональных преобразователей, каждый из которых решает свою элементарную задачу в цепи преобразований. Так, самый простейший измерительный электромеханический прибор прямого преобразования (вольтметр, амперметр) состоит из трех основных преобразователей: измерительной цепи (ИЦ), измерительного механизма (ИМ) и отсчетного устройства (ОУ) (рис. 1).
 |
Измерительная цепь
напряжение), функционально связанную с
измеряемой величиной и непосредственно воздействующую на измерительный механизм.
Измерительный механизм, Отсчетное устройство
Вращающий момент
Противодействующий момент
В случае, когда противодействующий момент создается спиральной пружинкой:
где W — удельный противодействующий момент, зависящий oт геометрических размеров и материала пружины (растяжек).
Момент успокоения
В измерительных механизмах наиболее часто применяют магнитоиндукционные и воздушные успокоители. Для создания очень большого успокоения применяют жидкостные успокоители. Несмотря на большое разнообразие конструкций и типов приборов все они имеют ряд общих узлов и деталей. Такими деталями являются: корпус, шкала, указатель, устройства для установки и уравновешивания подвижной части, создания противодействующего момента и успокоения, корректор, а в высокочувствительных приборах — арретир.
Магнитоэлектрические приборы
 |
Рис.2. Схема устройства магнитоэлектрического прибора:
1-постоянный магнит; 2 — полюсные наконечники; 3 — неподвижный сердечник
4 — прямоугольная катушка; 5, 6 — оси; 7, 8— спиральные пружины; 9 — стрелка; 10 — передвижные грузики
Тогда выражение (1) можно представить как:
Полное изменение потокосцепления с рамкой через конструктивные параметры рамки запишется следующим образом:
где В — индукция в зазоре; S— площадь рамки; w — число витков рамки.
Если положить da = 1 рад, то произведение BSw — величина постоянная для каждого данного прибора и равная изменению потокосцепления при повороте рамки на 1 рад. Обозначая его черезy0 ,, запишем:
y 0 = BSw, Тогда:
Подставляя выражение (20.8) в формулу (20.7), получим выражение вращающего момента для магнитоэлектрического механизма в следующем виде:
Следовательно, уравнение преобразования для магнитоэлектрического ИМ будет иметь вид:
a = Iy о / W, или a = Si×I, (8)
Можно записать формулу (8) через конструктивные параметры измерительного механизма:
a = BSwI/W. (9)
Из формулы (9) следует, что угол отклонения подвижной части ИМ прямо пропорционален току в катушке, поэтому магнитоэлектрические приборы имеют равномерные шкалы.
В магнитоэлектрических приборах успокоение подвижной части приборов магнитоиндукционное, т.е. создается взаимодействием магнитных полей от вихревых токов в каркасе катушки и поли постоянного магнита.
Достоинства: высокий класс точности — 0,05 и ниже, равномерная шкала, высокая и стабильная чувствительность, малое
собственное потребление мощности, большой диапазон измерений, на показания МЭП не влияют внешние магнитные и электрические поля.
Недостатки: без преобразователей МЭП используют только в цепях постоянного тока, имеют малую нагрузочную способность, сложны и дороги, на их показания влияют колебания температуры.
Применение: магнитоэлектрические ИМ используют в амперметрах, вольтметрах, омметрах и гальванометрах (обычных, баллистических и вибрационных).
Амперметры.
где п — коэффициент шунтирования по току, п = I/I /пр .
Вольтметры.
где т — коэффициент шунтирования по напряжению, т = U/ Unp . Логометры. Приборы электромеханической группы, измеряющие отношение двух электрических величин, обычно двух токов a = f(I1 /I2 ), что позволяет сделать их показания независимыми в известных пределах от напряжения источника питания.
В логометрах вращающий и противодействующий моменты создаются электрическим путем и направлены навстречу друг другу.
Омметры. Магнитоэлектрические логометры широко применяются в приборах для измерения сопротивления — омметрах и мегомметрах, в выпрямительных частотомерах и устройствах для измерения неэлектрических величин (температуры, давления, уровня жидкости и др.).
Электромагнитные измерительные приборы.
 |
| можно записать: |
 |
| Приравнивая вращающий момент: противодействующий моменты получим: |
 |
| Из выражения получаем уравнение: преобразования для ЭМИП |
 |
Энергия электромагнитного поля катушки с током I выражается формулой:
где W — удельный противодействующий момент пружины.
Из полученного выражения видно, что шкала электромагнитного прибора квадратичная. Конструктивно добиваются равномерности шкалы, начиная с 1/5 части верхнего предела измерения.
Достоинства: простота конструкции и высокая надежность, хорошая перегрузочная способность, возможность работы в цепях постоянного и переменного токов, классы точности 1,0; 1,5; 2,5; частотный диапазон 45 Гц… 10 кГц; диапазон измерения по току 05…300 А (при прямом включении) и до 20 000 А с измерительным трансформатором тока (ИТТ); диапазон измерения по напряжению 1,5…60 В (при прямом включении) и до 6000 В с измерительным трансформатором напряжения (ИТН).
Недостатки: большое собственное потребление энергии, невысокая чувствительность, неравномерная шкала, влияние внешних магнитных и температурных полей, частоты питающего напряжения на показания ЭМИП.
Применение: электромагнитные приборы используют в качестве амперметров, вольтметров, фазометров, частотомеров, генриметров и фарадметров. Расширение пределов по току — секционирование и использование ИТТ, по напряжению — секционирование, применение добавочного резистора и ИТН.
Электродинамические измерительные приборы.
 |
- Рис. 3 Схема устройства электродинамического прибора:
- неподвижная катушка; 2 — подвижная катушка
дующее выражение для М вр :
 |
Приравнивая вращающий и противодействующий моменты имеем:
Отсюда получаем уравнение преобразования ЭДИП в виде:
Учитывая, что взаимная индуктивность М катушек зависит от положения подвижной катушки относительно неподвижной, можно представить уравнение преобразования в общем виде:
Уравнение действительно для случая работы ЭДИП на постоянном токе. На переменном токе показания ЭДИП зависят от произведения действующих значений токовI 1 , и I2 и от сдвига по фазе между этими токами:
Достоинства: используются в цепях постоянного и переменного токов, классы точности 0,05; 0,1; 0,2. Диапазон измерений на постоянном токе 0,015… 10 А (прямое включение), на переменном токе 0,005… 200 А (прямое включение), до 600 А с ИТТ; измерения постоянного напряжения 1,5…600 В (прямое включение), 7,5…6000 В с R доб, переменного тока до 30 000 В с ИТН; частотный диапазон до 40 кГц.
Недостатки: большое собственное потребление энергии, шкала неравномерная, невысокая чувствительность, имеют малую перегрузочную способность, недопустимы тряски и вибрации, имеют сложную конструкцию и высокую стоимость, на показания этих приборов влияют внешние магнитные поля, температура и частота питающего напряжения.
Применение: электродинамические приборы используют в качестве амперметров, вольтметров, ваттметров (для расширения пределов измерения применяют секционирование катушек,R доб ИТТ и ИТН), частотомеров, фазометров (на принципе логометров).
Ферродинамические измерительные приборы.
Достоинства: не боятся вибраций и тряски, внешние магнитные поля мало влияют на их показания, классы точности 0,2; , 1,0; 1,5; 2,5. Успокоение подвижной части — воздушное и магнитоиндукционное.
Недостатки: на постоянном токе погрешность возрастает за счет потерь на гистерезис, сказывается влияние частоты питающего напряжения и температуры внешней среды; частотный диапазон 10 Гц… 1,5 кГц,
Электростатические измерительные приборы.
- Рис. 4 Схема устройства электростатического прибора:
1 — подвижная пластина; 2 — неподвижные пластины; 3 — ось
Подвижная алюминиевая пластина 1, закрепленная вместе стрелкой на оси 3, может перемещаться, взаимодействуя с двумя электрически соединенными[ неподвижными пластинами 2.
W э= U 2 C/2. Поэтому:
где С — емкость, образуемая между электродами электростатического прибора.
Приравнивая вращающий и противодействующий моменты, получим:
Из последнего выражения видно, что шкала прибора квадратичная.
Конструктивно добиваются частичной линеаризации шкалы так, что рабочая часть начинается примерно с 1/5 части общей длины шкалы. Успокоение подвижной части — магнитоиндукционное или воздушное.
Достоинства, Недостатки
Применение: электростатические измерительные приборы используют в цепях постоянного и переменного токов в качестве вольтметров. Для расширения пределов измерения по напряжению используются резисторные и емкостные делители напряжения.
Индукционные измерительные приборы.
Зависимость показаний ИИП от колебаний частоты тока возбуждения и температуры окружающей среды ограничивает применение этих приборов.
Индукционный измерительный механизм используется в самопишущих приборах, для построения указателя вращающегося поля, синхроскопа, частотомера и в счетчиках электрической энергии.
Упрощенная схема однофазного индукционного счетчика электрической энергии показана на рис. 5.
Механизм прибора состоит из двух неподвижных магнитопроводов: трехстержневого сердечника с катушкой напряжения 1 и П-образного сердечника 5 с двумя последовательно соединенными токовыми катушками, счетного механизма 2, алюминиевого диска 3, жестко укрепленного на оси, и постоянного магнита 4, служащего для создания тормозного момента.
Анализ работы индукционного счетчика показывает, что его вращающий момент пропорционален активной мощности переменного тока, т.е.
где К 1— коэффициент пропорциональности; j — угол сдвига фаз между напряжением U и током I, Р — мощность.
Под влиянием М вр диск счетчика начинает вращаться. На диск счетчика действует тормозной момент Мт , создаваемый постоянным магнитом, который упрощенно можно считать пропорциональным скорости вращения диска:
Где К 2 -постоянный коэффициент. Количество электричества, реально прошедшее за один оборот диска зависит от тока, характера нагрузки; таким образом число оборотов диска характеризует энергию, потребленную нагрузкой, в цепи которой включен счетчик энергии.
 |
Рис. 5. Схема однофазного индукционного счетчика:
1— катушка напряжения; 2 — счетный Механизм; 3 — алюминиевый диск; 4 — Постоянный магнит; 5 — П-образный сердечник
Важным параметром счетчика является порог чувствительности, под которым понимается минимальная нагрузка, выражаемая обычно в процентах от номинальной, при которой подвижная часть начинает безостановочно вращаться.
Наряду с этим счетчик не должен иметь самоход при разомкнутой токовой цепи и изменении напряжения в пределах 220 В ±10%.
Счетчики активной энергии выпускаются классов точности 0,5; 1,0; 2,0; 2,5. Порог чувствительности счетчика не должен превышать 0,4 % для счетчиков класса точности 0,5 и 0,5 % для счетчиков класса точности 1,0; 2,0; 2,5.
Применение: индукционные счетчики используют для измерения электрической энергии в однофазных и трехфазных цепях.
Примеры похожих учебных работ
Реферат измерение частоты переменного тока
. при частоте переменного тока . частоты погрешность измерений тока увеличивается. Метод сравнения Метод сравнения обеспечивает более высокую точность измерения. Его осуществляют с помощью приборов – компенсаторов, отличающихся тем . на растяжках .
Метрология, стандартизация и измерения в технике связи
. 2]. 2 Измерительный преобразователь метрология измерительный стандартизация сертификация Измерительный . работа которых основана на методе сравнения. по структурным признакам различают: по числу каналов (одно-, двух-, многоканальные), и по .
Приборы индукционной системы
. ЛИТЕРАТУРЫ ПО ПРИБОРАМ ИНДУКЦИОННОЙ СИСТЕМЫ 1.1. КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ Электроизмерительные приборы можно классифицировать . пропорционален произведению тока и напряжения в измерительных катушках: На рис. 7.1 показана схема .
Электрические измерения и приборы
. переменного тока прибором, способным измерять постоянный ток. В качестве примера рассмотрим электромагнитный вольтметр (рис. 4.1.1). Конструктивно измерительный механизм состоит из двух частей: подвижной и неподвижной. .
Приборы для измерения электрического напряжения и тока магнитоэлектрического, электромагнитного, .
. служат для расширения пределов измерения приборов. Из принципа действия магнитоэлектрического прибора следует, что направление отклонения . в требуемую сторону. Для переменного тока магнитоэлектрические приборы непригодны, так как при питании катушки .
Контрольно-измерительные приборы и средства автоматизации. Виды испытаний электрооборудования .
. переменные магнитные потоки, создаваемые соответственно обмоткой напряжения Ф и и обмоткой тока Фу, замыкающиеся через алюминиевый диск 8. . поток в сердечнике может возрасти в десятки и сотни раз и ЭДС во вторичной обмотке увеличится до значений, .
* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.
СОДЕРЖАНИЕ
2. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
3. ВИДЫ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ
3.1. Электродинамические приборы -
3.2. Электростатические приборы
3.3. Термоэлектрические приборы
3.4. Электромагнитные приборы -
3.5. Магнитоэлектрические приборы
3.6. Комбинированные приборы
11. АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА ЧАСТОТ
13. СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
Измерительный прибор – средство измерений, дающее возможность непосредственно отсчитывать значения измеряемой величины. В аналоговых измерительных приборах отсчитывание производится по шкале, в цифровых – по цифровому отсчётному устройству. Показывающие измерительные приборы предназначены только для визуального отсчитывания показаний, регистрирующие измерительные приборы снабжены устройством для их фиксации, чаще всего на бумаге. Регистрирующие измерительные приборы подразделяются на самопишущие, позволяющие получать запись показаний в виде диаграммы, и печатающие, обеспечивающие печатание показаний в цифровой форме. В измерительных приборах прямого действия (например, манометре, амперметре) осуществляется одно или несколько преобразований измеряемой величины, и значение её находится без сравнения с известной одноимённой величиной. В измерительных приборах сравнения непосредственно сравнивается измеряемая величина с одноимённой величиной, воспроизводимой мерой (примеры — равноплечные весы, электроизмерительный потенциометр, компаратор для линейных мер). К разновидностям измерительных приборов относятся интегрирующие измерительные приборы, в которых подводимая величина подвергается интегрированию по времени или по другой независимой переменной (электрические счётчики, газовые счётчики), и суммирующие измерительные приборы, дающие значение двух или нескольких величин, подводимых по различным каналам (ваттметр, суммирующий мощности нескольких электрических генераторов).
В целях автоматизации управления технологическими процессами измерительные приборы часто снабжаются дополнительными регулирующими, счётно-решающими и управляющими устройствами, действующими по задаваемым программам.
Чувствительность измерительного прибора – отношение перемещения указателя прибора относительно шкалы (выраженного в линейных или угловых единицах) к изменению значения измеряемой величины, вызвавшей это перемещение.
Шкала (от лат. scala — лестница) измерительного прибора, часть отсчётного устройства прибора, представляющая собой совокупность отметок (точек, штрихов, расположенных в определённой последовательности) и проставленных у некоторых из них чисел отсчёта или других символов, соответствующих ряду последовательных значений измеряемой величины. Параметры шкалы — её пределы, цена деления (разность значений величины, соответствующих двум соседним отметкам) и др. — определяются пределами измерения, реализуемыми измерительным механизмом прибора, чувствительностью прибора и требуемой точностью отсчёта. В зависимости от конструкции отсчётного устройства деления шкалы могут располагаться по окружности, дуге или прямой линии, а сама шкала может быть равномерной, квадратичной, логарифмической и т.д. Основные деления шкалы, соответствующие цифровым обозначениям, наносятся более длинными (или толстыми) линиями. Показания отсчитываются невооружённым глазом при расстояниях между делениями до 0,7 мм, при меньших — при помощи лупы или микроскопа. Для долевой оценки делений шкалы применяют дополнительные шкалы — нониусы.
Нониус – вспомогательная шкала, при помощи которой отсчитывают доли делений основной шкалы измерительного прибора. Прототип современного нониуса предложен французским математиком П. Вернье, поэтому нониус часто называют верньером. Нониус получил название по имени португальца П. Нуниша (P. Nunes, латинизированное имя Nonius), предложившего для отсчёта долей делений шкалы другой сходный прибор, ныне, однако, не применяемый. Различают линейный, угломерный, спиральный, трансверсальный и др. виды нониусов. Применение линейного нониуса основано на разнице интервалов деления основной шкалы и нониуса. Длина нониуса (целое число его делений) точно укладывается в определённом целом числе делений основной шкалы. При совпадении нулевой отметки нониуса с какой-либо отметкой L основной шкалы результат измерения А соответствует величине, определяемой отметкой L; при несовпадении нулевой отметки нониуса с L значение А = L + ki, где k — число делений нониуса от нулевого до совпадающего со штрихом основной шкалы; i — наименьшая доля деления основной шкалы, которую можно оценить нониусом (обычно i = 0,1; 0,05 или 0,02 мм). Принцип отсчёта по угломерному нониусу, применяемому в ряде оптико-механических приборов, такой же, как и по линейному нониусу.
Отсчётное устройство измерительного прибора (аналогового или цифрового) – часть прибора, предназначенная для отсчитывания его показаний. Отсчётное устройство аналогового прибора обычно состоит из шкалы и указателя, причём подвижным может быть либо указатель, либо шкала. По типу указателя отсчётные устройства подразделяются на стрелочные и световые. В стрелочных отсчётных устройствах стрелка своим концом перемещается относительно отметок шкалы. Конец стрелки может быть копьевидным или выполненным в виде ножа или натянутой нити. В последних двух случаях шкалы снабжаются зеркалом для устранения погрешности отсчёта, вызванной параллаксом. В световых отсчётных устройствах роль стрелки выполняет световой луч, отражённый от зеркальца, скрепленного с подвижной частью прибора. От положения последней зависит положение светового изображения на шкале, по которому отсчитывают показания. Световое отсчётное устройство позволяет устранить погрешность от параллакса и повысить чувствительность прибора за счёт увеличения длины указателя и удвоения угла его поворота.
Отсчётное устройство цифрового прибора позволяет получить показание непосредственно в цифровой форме. Для создания изображений цифр применяются цифровые индикаторы различной конструкции. Механические индикаторы представляют собой несколько роликов или дисков с цифрами по окружности и ряд окошечек, в которых появляются цифры отдельных роликов (дисков). Такими отсчётными устройствами снабжены, например, счётчики электроэнергии. Электромеханические индикаторы содержат подвижные части с изображениями цифр, перемещаемые электромеханическими приводными устройствами. В электрических индикаторах применяются лампы накаливания, люминесцентные или газоразрядные элементы и электроннолучевые трубки, образующие изображения цифр.
Точность измерения – характеристика измерения, отражающая степень близости его результатов к истинному значению измеряемой величины. Чем меньше результат измерения отклоняется от истинного значения величины, то есть чем меньше его погрешность, тем выше точность измерения, независимо от того, является ли погрешность систематической, случайной или содержит ту и другую составляющие. Иногда в качестве количественной оценки точности измерения указывают погрешность, однако погрешность является понятием, противоположным точности, и логичнее в качестве оценки точности измерения указывать обратную величину относительной погрешности (без учёта её знака); например, если относительная погрешность равна ±10—5, то точность равна 105.
Точность меры и измерительного прибора – степень близости значений меры или показаний измерительного прибора к истинному значению величины, воспроизводимой мерой или измеряемой при помощи прибора. Точные меры или измерительные приборы имеют малые погрешности, как систематические, так и случайные.
Классы точности средств измерений – обобщённая характеристика средств измерений, служащая показателем установленных для них государственными стандартами пределов основных и дополнительных погрешностей и др. параметров, влияющих на точность. Введение классов точности облегчает стандартизацию средств измерений и их подбор для измерений с требуемой точностью.
Из-за разнообразия измеряемых величин и средств измерений нельзя ввести единый способ выражения пределов допускаемых погрешностей и единые обозначения классов точности. Если пределы погрешностей выражены в виде приведенной погрешности (т. е. в процентах от верхнего предела измерений, диапазона измерений или длины шкалы прибора), а также в виде относительной погрешности (т. е. в процентах от действительного значения величины), то классы точности обозначают числом, соответствующим значению погрешности. Например: Классу точности 0,1 соответствует погрешность 0,1%. Многие показывающие приборы (амперметры, вольтметры, манометры и др.) формируются по приведённой погрешности, выраженной в процентах от верхнего предела измерений. В этих случаях применяется ряд классов точности: 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0.
ВИДЫ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ
Электродинамический прибор – измерительный прибор, принцип действия которого основан на механическом взаимодействии двух проводников при протекании по ним электрического тока. Электродинамический прибор состоит из измерительного преобразователя, преобразующего измеряемую величину в переменный или постоянный ток, и измерительного механизма электродинамической системы. Наиболее распространены электродинамические приборы с подвижной катушкой, внутри которой на оси со стрелкой расположена подвижная катушка. Вращающий момент на оси возникает в результате взаимодействия токов в обмотках катушек и пропорционален произведению действующих значений этих токов. Уравновешивающий момент создаёт пружина, с которой связана ось. При равенстве моментов стрелка останавливается. Электродинамические приборы – наиболее точные электроизмерительные приборы, применяемые для определения действующих значений тока и напряжения в цепях переменного и постоянного тока. При последовательном соединении обмоток катушек угол поворота стрелки пропорционален квадрату измеряемой величины. Такое включение обмоток применяется в электродинамических приборах для измерения напряжения и силы тока (вольтметры и амперметры). Электродинамические измерительные механизмы используют также для измерения мощности (ваттметры). При этом через неподвижную катушку пропускают ток, пропорциональный току, а через подвижную — ток, пропорциональный напряжению в измеряемой цепи. Показания прибора пропорциональны активному или реактивному значению электрической мощности. В случае исполнения электродинамических механизмов в виде логометров их применяют как частотомеры, фазометры и фарадометры. Электродинамические приборы изготовляют главным образом переносными приборами высокой точности – классов 0,1; 0,2; 0,5. Разновидность электродинамических приборов – ферродинамический прибор, в котором для усиления магнитного поля неподвижной катушки применяют магнитопровод из ферромагнитного материала. Такие приборы предназначаются для работы в условиях вибрации, тряски и ударов. Класс точности ферродинамических приборов 1,5 и 2,5.
Электростатический прибор – измерительный прибор, принцип действия которого основан на механическом взаимодействии электродов, несущих разноимённые электрические заряды. В электростатическом приборе, измеряемая величина преобразуется в напряжение переменного или постоянного тока, определяемое электростатическим измерительным механизмом. Измеряемое напряжение подводится к подвижному электроду, укрепленному на оси, связанной со стрелкой, и к изолированному от него неподвижному электроду. В результате взаимодействия зарядов, возникающих на электродах, на оси появляется вращающий момент, пропорциональный квадрату приложенного напряжения. Действующая на ось пружина создаёт момент, противодействующий вращающему моменту и пропорциональный углу поворота оси подвижного электрода. При взаимодействии вращающего и противодействующего моментов стрелка измерительного механизма поворачивается на угол, пропорциональный квадрату поданного на электроды напряжения. Шкала, градуируемая в единицах измеряемых величин, получается неравномерной, выполняется часто со световым указателем. Электростатический прибор, используют обычно для измерения напряжений переменного или постоянного тока, в том числе высокочастотных. Для этих приборов характерно малое потребление энергии и независимость показаний от частоты. Они подвержены влиянию внешних электростатических полей, которое ослабляется внутренним экранированием прибора. Электростатический прибор, выпускаются наивысшего класса точности 0,005.
Термоэлектрический прибор – измерительный прибор для измерения силы переменного тока, реже электрического напряжения, мощности. Представляет собой сочетание магнитоэлектрического измерителя с одним или несколькими термопреобразователями. Термопреобразователь состоит из термопары (или нескольких термопар) и нагревателя, по которому протекает измеряемый ток. Под действием тепла, выделяемого нагревателем, между свободными концами термопары возникает термоэдс, измеряемая магнитоэлектрическим измерителем. Для расширения пределов измерения термопреобразователей используют высокочастотные измерительные трансформаторы тока.
Термоэлектрические приборы обеспечивают сравнительно большую точность измерений в широком диапазоне частот и независимость показаний от формы кривой тока, протекающего через нагреватель. Их основные недостатки – зависимость показаний от температуры окружающей среды, значительное собственное потребление мощности, недопустимость больших перегрузок (не более чем в 1,5 раза). Применяются преимущественно для измерения действующего значения силы переменного тока (от единиц мкА до нескольких десятков А) в диапазоне частот от нескольких десятков Гц до нескольких сотен МГц с погрешностью 1—5%.
Электромагнитный прибор – измерительный прибор, принцип действия которого основан на взаимодействии магнитного поля, пропорционального измеряемой величине, с сердечником, выполненным из ферромагнитного материала. Основные элементы электромагнитного прибора: измерительная схема, преобразующая измеряемую величину в постоянный или переменный ток, и измерительный механизм электромагнитной системы. Электрический ток в катушке электромагнитной системы создаёт электромагнитное поле, втягивающее сердечник в катушку, что приводит к возникновению на оси вращающего момента, пропорционального квадрату силы тока, протекающего по катушке. В результате действия на ось пружины создаётся момент, противодействующий вращающему моменту и пропорциональный углу поворота оси. При взаимодействии моментов ось и связанная с ней стрелка поворачиваются на угол, пропорциональный квадрату измеряемой величины. При равенстве моментов стрелка останавливается.
Выпускаются электромагнитные амперметры и вольтметры для измерений главным образом в цепях переменного тока частотой 50 Гц. В электромагнитном амперметре катушка измерительного механизма включается последовательно в цепь измеряемого тока, в вольтметре параллельно. Электромагнитные измерительные механизмы применяют также в логометрах. Наиболее распространены щитовые приборы классов точности 1,5 и 2,5, хотя существуют приборы классов 0,5 и даже 0,1 с рабочей частотой до 800 Гц.
Магнитоэлектрический прибор – измерительный прибор непосредственной оценки для измерения силы электрического тока, напряжения или количества электричества в цепях постоянного тока. Подвижная часть измерительного механизма магнитоэлектрического прибора перемещается вследствие взаимодействия магнитного поля постоянного магнита и проводника с током. Наиболее распространены магнитоэлектрические приборы с подвижной рамкой, расположенной в поле постоянного магнита. При протекании по виткам рамки тока возникают силы, образующие вращающий момент. Ток к рамке подводится через пружинки или растяжки, создающие противодействующий вращающий механический момент. Под действием обоих моментов рамка перемещается на угол, пропорциональный силе тока в рамке. Непосредственно через обмотку рамки можно пропускать только небольшие токи силой от нескольких мкА до десятков мА, чтобы не перегреть обмотки и растяжки. Для расширения пределов измерений по току и по напряжению к рамке подключают шунтирующие и добавочные сопротивления, подключаемые извне или встроенные. Существуют магнитоэлектрические приборы, у которых постоянный магнит помещен внутри подвижной катушки, а также магнитоэлектрические приборы с подвижным магнитом, укрепленным на оси внутри неподвижной катушки. Применяются также магнитоэлектрические логометры. Магнитоэлектрические приборы с подвижным магнитом более просты, имеют меньшие габариты и массу, но меньшую точность и чувствительность, чем приборы с подвижной рамкой. Для отсчёта показаний используют стрелочный или световой указатель: луч света от осветителя направляется на зеркальце, укрепленное на подвижной части прибора, отражается от него и образует на шкале магнитоэлектрического прибора световое пятно с тёмной чертой в центре.
Отличительные особенности магнитоэлектрического прибора – равномерная шкала, хорошее успокоение, высокие точность и чувствительность, малое потребление мощности; они чувствительны к перегрузкам, к механическим сотрясениям и ударам и мало чувствительны к влияниям внешних магнитных полей и окружающей температуры.
Электроизмерительный комбинированный прибор – измерительный прибор, в котором для измерения (неодновременного) двух и более величин используется один измерительный механизм либо несколько различных измерительных преобразователей с общим отсчётным устройством. Шкалу или отсчётное устройство электроизмерительного комбинированного прибора градуируют в единицах тех величин, которые он измеряет. Наиболее широко используют приборы для измерения электрического напряжения, силы переменного и постоянного тока – ампервольтметры; напряжения, силы переменного и постоянного тока и сопротивления – ампервольтомметры (авометры); индуктивности, напряжения постоянного тока, количества импульсов – универсальные цифровые электроизмерительные комбинированные приборы.
АМПЕРМЕТР
Амперметр – прибор для измерений силы постоянного и переменного тока в амперах (А). Шкалу Амперметра градуируют в килоамперах, миллиамперах или микроамперах в соответствии с пределами измерения прибора. В электрическую цепь амперметр включается последовательно; для увеличения предела измерений – с шунтом или через трансформатор. Под действием тока подвижная часть прибора поворачивается; угол поворота связанной с ней стрелки пропорционален силе тока. Существуют амперметры, в которых применены магнитоэлектрическая, электромагнитная, электродинамическая (ферромагнитная), термоэлектрическая и выпрямительная системы.
Измерительная цепь – обеспечивает преобразование электрической величины Х в промежуточную электрическую величину Y, функционально связанную с величиной Х и пригодную для непосредственной обработки измерительным механизмом.
Измерительный механизм – основная часть прибора, предназначенная для преобразования электромагнитной энергии в механическую, необходимую для создания угла поворота a.
Отсчетное устройство – состоит из указателя, связанного с измерительным механизмом и шкалы.
По типу измерительного механизма приборы делятся на:
- магнитоэлектрический механизм логометрического типа;
- электромагнитный механизм логометрического типа;
- электромагнитный поляризованный механизм;
- электродинамический механизм логометрического типа;
- ферродинамический механизм логометрического типа;
- измерительный механизм индукционного типа.
Общие технические требования ко всем электроизмерительным приборам нормируются ГОСТ 22261-82.
Условные обозначения определены в ГОСТ 23217-78.
Магнитоэлектрические измерительные приборы
Общее устройство прибора электромагнитного типа показано на рисунке:
На рисунке а показана схема магнитоэлектрического механизма с подвижным магнитом, а на рисунке б- с неподвижным магнитом.
На рисунке приняты следующие обозначения: стрелка; 2 - катушка; 3 - постоянный магнит; 4 - пружина; 5 - магнитный шунт; 6 - полюсные наконечники.
Данный механизм, примененный непосредственно, может измерять только постоянные токи.
Достоинства магнитоэлектрических приборов: большой вращающий момент при малых токах, высокие классы точности, малое самопотребление. Недостатки магнитоэлектрических приборов: сложность конструкции, высокая стоимость, невысокая перегрузочная способность.
Элекродинамические измерительные приборы
Устройство электродинамического механизма и векторная диаграмма, поясняющая его работу, приведены на рисунке:
Электродинамический измерительный механизм работает по принципу взаимодействия магнитных потоков двух катушек. Электродинамический механизм состоит из двух катушек. Одна из них подвижная, а другая укреплена неподвижно. Токи, протекающие по этим катушкам и магнитные потоки ими образуемые при своем взаимодействии создают вращающий момент.
Приборы электродинамической системы имеют малую чувствительность и большое самопотребление. Применяются в основном при токах 0.1…10А и напряжениях до 300 В.
Ферродинамические приборы
Ферродинамическими называются приборы, у которых неподвижная катушка электродинамического механизма намотана на магнитопроводе. Это защищает от внешних электромагнитных полей и создает больший вращающий момент, т. е. повышается чувствительность.
Электромагнитные измерительные приборы
Устройство измерительного механизма электромагнитного типа показано на рисунке:
В электромагнитных измерительных механизмах для создания вращающего момента используется действие магнитного поля катушки с током на подвижный ферромагнитный (чаще пермоллоевый) лепесток. Достоинства электромагнитных механизмов: пригодность для работы в цепях постоянного и переменного тока; большая перегрузочная способность; возможность непосредственного измерения больших токов и напряжений; простота конструкции. Недостатки электромагнитных механизмов: неравномерная шкала; невысокая чувствительность; большое самопотребление мощности; подверженность влиянию изменения частоты; подверженность влиянию внешних магнитных полей и температуры.
Электростатические измерительные приборы
Схемы механизмов различных конструкций показаны на рисунке. На рисунке а приведена схема с изменяющейся площадью электродов, а на рисунке б- с изменяющимся расстоянием между электродами.
Принцип действия электростатического измерительного механизма основан на взаимодействии сил, возникающих между двумя разнозаряженными пластинами. Достоинства электростатических приборов: высокое входное сопротивление, малую входную емкость, малую мощность самопотребления, широкий частотный диапазон, могут использоваться в цепях переменного и постоянного тока, показания не зависят от формы кривой измеряемого сигнала. Недостатки электростатических приборов: приборы имеют малую чувствительность и невысокую точность.
Индукционные измерительные приборы
На основе индукционного измерительного механизма выполняются, как правило, счетчики электрической энергии. Устройство и векторная диаграмма прибора индукционной системы показаны на рисунке:
Механизм состоит из двух индукторов выполненных в виде стержневого и П-образного индукторов, между которыми находится подвижный неферромагнитный (алюминиевый) диск. На индукторах намотаны обмотки, по которым протекают соответственно токи I1 и I2, возбуждающие магнитные потоки Ф1 и Ф2. С осью диска связан счетный механизм, который считает число оборотов диска. Для предотвращения холостого вращения диска (для предотвращения самохода) в непосредственной близости от него укреплен постоянный магнит (тормозной магнит).
Если катушку 1 включить параллельно источнику энергии, а катушку 2 последовательно потребителю, тогда получим однофазный счетчик электрической энергии. Совокупность двух или трех однофазных измерительных механизмов образуют трехфазный счетчик. Достоинства приборов индукционной системы: большой вращающий момент, малое влиянию внешних магнитных полей, большую перегрузочную способность. Недостатки приборов индукционной системы: невысокая точность, большое самопотребление, зависимость показаний от частоты и температуры.
В последние годы электромеханические измерительные приборы почти повсеместно вытесняются цифровыми.
Читайте также: