Приборы ферродинамической системы реферат
Обновлено: 19.05.2024
Приборы ферродинамической системы работают как на постоянном, так и на переменном токе, однако влияние частоты на показания их довольно значительно. Поэтому приборы ферродинамической системы следует поверять на том токе, для работы при котором они предназначены. [4]
Приборы ферродинамической системы вследствие больших потерь на перемагничивание и вихревые токи в магнитопроводе применяются лишь в качестве промышленных частотомеров и ваттметров. Кроме того, большой крутящий момент, который можно получить от ферродинамических измерительных механизмов, позволяет использовать их в самопишущих приборах. [5]
Приборы ферродинамической системы отличаются от приборов электродинамической системы наличием магнитопровода из ферромагнитного материала, что увеличивает вращающий момент, повышает чувствительность и снижает мощность потребления электрической энергии. [7]
В приборы ферродинамической системы встраивают дополнительный ферродинамический датчик. Поэтому дополнительные приборы могут иметь такую же конструкцию, как и основные. [9]
В приборах ферродинамической системы при изменении направления тока в рамке одновременно изменяется и направление магнитного поля, действующий на рамку момент остается переменным по величине, но сохраняет постоянное направление. Рамка поворачивается на определенный угол, пропорциональный измеряемому напряжению. В отличие от приборов магнитоэлектрической системы у ферродинамических приборов постоянный магнит заменен электромагнитом с обмоткой, питаемой напряжением приемного преобразователя-генератора. [10]
Область применения приборов ферродинамической системы : - щитовые приборы показывающие и самопишущие в цепях переменного тока промышленной частоты. [11]
Например, использование приборов электромагнитной и ферродинамической системы на высоких и даже сравнительно низких частотах ( 100 - 150 гц) невозможно, так как их индуктивное сопротивление и потери на вихревые токи резко возрастают с увеличением частоты. [12]
Тепломер создан с применением приборов ферродинамической системы ( вторичный прибор - расходомер ВФСМ, дифманометр - ДМИ на перепад 1 кгс / см2, тепломер на базе ВФСМ, мано. Тепломер включен в 1968 г. в опытную эксплуатацию на Алма-Атинской ГРЭС. [14]
Устройство, схемы и принцип действия приборов магнитоэлектрического, электромагнитного, электродинамического и ферродинамического типов. Их достоинства и применение. Использование астатических приборов для защиты от влияния внешних магнитных полей.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 25.05.2014 |
| Размер файла | 502,5 K |
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Реферат на тему:
Введение
Рассмотрим подробнее некоторые из них.
Приборы магнитоэлектрического типа
Устройство и принцип действия. Магнитоэлектрический измерительный механизм (рис. 321,а) выполнен в виде постоянного магнита 1, снабженного полюсными наконечниками 2, между которыми укреплен стальной сердечник 3. В кольцеобразном воздушном зазоре, образованном полюсными наконечниками и сердечником, помещена подвижная катушка 5, намотанная на алюминиевый каркас 6 (рис. 321,б). Катушка выполнена из очень тонкого провода и укреплена на оси, связанной со стрелкой спиральными пружинами 4 или растяжками. Через эти же пружины или растяжки осуществляется подвод тока к катушке.
Рис. 321 Устройство магнитоэлектрического измерительного механизма
При прохождении тока I по катушке на каждый из ее проводников будет действовать электромагнитная сила. Суммарное действие всех электромагнитных сил создает вращающий момент М, стремящийся повернуть катушку и связанную с ней стрелку прибора на некоторый угол б. Так как индукция В магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом, неизменна и не зависит от тока I, то
M = c1I
где c1 -- постоянная величина, зависящая от конструктивных параметров данного прибора (числа витков катушки, ее размеров, индукции В в воздушном зазоре).
Повороту подвижной части измерительного механизма препятствует противодействующий момент Мпр, создаваемый спиральными пружинами или растяжками. Этот момент пропорционален углу закручивания, т. е. углу поворота б подвижной части; при этом
Мпр= c2б
где c2 -- постоянная величина, зависящая от жесткости спиральных пружин или растяжек. Поворот подвижной части измерительного механизма и стрелки будет продолжаться до тех пор, пока вращающий момент М, создаваемый током I, не уравновесится противодействующим моментом Мпр. В момент равновесия М = Мпр, откуда получим:
б= (c1/c2) I = kI
Следовательно, угол поворота, а подвижной части пропорционален измеряемому току I. Поэтому магнитоэлектрические приборы имеют равномерную шкалу.
Постоянная величина к называется чувствительностью прибора, она характеризуется углом поворота стрелки в градусах или в делениях шкалы, приходящимся на единицу изменения измеряемой величины.
Величина, обратная чувствительности, c=1/к называется постоянной прибора, или ценой деления. Для устранения колебаний подвижной системы прибора при переходе стрелки из одного положения в другое электроизмерительные приборы снабжают воздушными или магнитно-индукционными демпферами.
Для того чтобы любой электроизмерительный прибор обеспечил требуемую точность измерений, необходимо, чтобы отклонение подвижной системы прибора определялось только вращающим моментом, создаваемым катушкой, и противодействующим усилием пружины. Для устранения влияния силы тяжести, создающей погрешности при измерениях, подвижную систему прибора (рис. 323) уравновешивают противовесами 5 (рис. 323, а), представляющими собой стержни с перемещающимися по ним грузиками. Для уменьшения влияния трения оси приборов снабжают тщательно отполированными стальными наконечниками 1, выполненными из материала с высокой износостойкостью (закаленная сталь, вольфрамо-молибденовый сплав и пр.).
Рис. 323 Устройство подвижной части электроизмерительного прибора
Наконечники вращаются в подпятниках 4, выполняемых с вкладышами 2 из корунда, агата, рубина и т. п. Зазоры между наконечниками и подпятником регулируются стопорным винтом 3.
Электроизмерительные приборы обычно снабжают корректором -- приспособлением, позволяющим устанавливать стрелку в нулевое положение. Корректор состоит из винта 6, выходящего из корпуса, и поводка 7, при помощи которых можно смещать на некоторое расстояние точку закрепления спиральной пружины 8, создающей противодействующее усилие. В большинстве современных электроизмерительных приборов подвижная часть 11 подвешивается на двух растяжках 10 -- упругих металлических лентах, которые служат для подвода тока к катушке прибора и одновременно создают противодействующий момент (рис. 323,б). Растяжки прикреплены к двум плоским пружинам 9 и 12, расположенным во взаимно перпендикулярных плоскостях.
Кроме рассмотренного выше измерительного механизма с внешним (по отношению к катушке) постоянным П-образным магнитом, существуют механизмы с магнитами другой формы (цилиндрической, в виде призмы, а также с внутрирамочными неподвижными и подвижными магнитами).
Применение прибора. Приборы магнитоэлектрической системы применяют для измерения тока и напряжения в электрических цепях постоянного тока. В амперметрах и вольтметрах катушка прибора имеет различное сопротивление и включается по различным схемам.
Для уменьшения проходящего по катушке тока и компенсации влияния температуры на показания прибора в вольтметрах последовательно с катушкой включают добавочный резистор, который обычно встраивается в корпус прибора. Сопротивление этого резистора значительно больше сопротивления катушки, и он выполнен из материала, электрическое сопротивление которого весьма мало зависит от температуры (константан, манганин и пр.). В амперметрах параллельно катушке прибора часто включают образцовый резистор, называемый шунтом.
Сопротивление шунта значительно меньше сопротивления катушки прибора, вследствие чего измеряемый ток в основном проходит по шунту. Шунты и добавочные резисторы служат для расширения пределов измерения приборов.
Из принципа действия магнитоэлектрического прибора следует, что направление отклонения его стрелки зависит от направления тока I, проходящего по катушке. Следовательно, при включении этих приборов в цепь постоянного тока должна быть соблюдена правильная полярность, при которой стрелка отклоняется в требуемую сторону. Для переменного тока магнитоэлектрические приборы непригодны, так как при питании катушки переменным током среднее значение создаваемого ею вращающего момента равно нулю и стрелка прибора будет стоять на нуле, испытывая чуть заметные колебания. прибор электромагнитный астатический поле
Приборы электромагнитного типа
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.
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.
Рис. 324 Устройство электромагнитных измерительных механизмов с плоской (а) и круглой (б) катушками
Сила притяжения F 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 = c2б, созданным пружинами или растяжками. В момент равновесия М = Mпр, откуда
б= (c1/c2) I2 = kI2
где к -- постоянная величина.
Следовательно, в приборах с электромагнитным измерительным механизмом угол поворота б подвижной части и стрелки пропорционален квадрату тока, проходящего по катушке. Поэтому такой прибор имеет неравномерную (квадратичную) шкалу. Для сглаживания этой неравномерности сердечнику придается особая лепесткообразная 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.
Рис. 325 Устройство астатического измерительного механизма
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. Электромагнитные приборы 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.
Электродинамические приборы
Работа электродинамического прибора основана на взаимодействии двух катушек, обтекаемых электрическим током. Электродинамический измерительный механизм (рис. 326, а) состоит из двух катушек: неподвижной 2 и расположенной внутри нее подвижной 1. Подвижная катушка 1 связана с осью прибора со стрелкой и с двумя спиральными пружинами 4 (или растяжками), которые служат для создания противодействующего момента и подвода тока к подвижной катушке 1. В приборе применяется демпфер 3.
При прохождении по катушкам токов I1 и I2 возникают электродинамические силы F (рис. 326,б), которые стремятся повернуть подвижную катушку относительно неподвижной на некоторый угол. Вращающий момент, действующий на подвижную катушку,
M = c1I1I2 (98)
где с1 -- постоянная величина, зависящая от параметров катушек (числа витков и размеров), их формы и взаимного расположения.
Повороту подвижной катушки противодействует момент Мпр = = с2б. В момент равновесия М = Мпр, откуда
б = (c1/c2) I1I2 = kI1I2 (99)
где к -- постоянная величина.
При переменном токе мгновенное значение вращающего момента М пропорционально произведению мгновенных значений токов i1 и i2, проходящих по катушкам. Средний же за период вращающий момент
Mcp = c1I1I2 cos ц (100)
где I1 и I2 -- действующие значения токов i1 и i2; ц -- угол сдвига фаз между ними.
Поэтому при переменном токе
Д = кI1I2 cosц.
Значение вращающего момента М, созданного катушками электродинамического прибора, а, следовательно, и угол поворота стрелки Д пропорциональны произведению проходящих по катушкам токов I1 и I2. Поэтому в зависимости от схемы включения катушек прибор может быть использован в качестве амперметра, вольтметра и ваттметра.
При включении обеих катушек прибора последовательно в цепь измеряемого тока (рис. 327,а) прибор будет работать в качестве амперметра; при подключении катушек к двум точкам (рис. 327,б), между которыми действует подлежащее измерению напряжение, прибор будет работать в качестве вольтметра.
Рис. 326 Устройство (а) и принципиальная схема (б) электродинамического измерительного механизма
При подключении же одной катушки последовательно, а другой параллельно приемнику электроэнергии (рис. 327, в) угол отклонения стрелки будет пропорционален произведению тока I и напряжения U, т. е. мощности Р=UI и, следовательно, прибор будет работать в качестве ваттметра и измерять мощность, получаемую приемником. При переменном токе и включении катушек по схеме (см. рис. 327, б) угол сдвига фаз ц между токами 11 и I2 равен углу сдвига фаз ц между током I и напряжением U. Поэтому
Дб = kUI cosц = kP (101)
т. е. угол поворота стрелки пропорционален измеряемой мощности.
Достоинствами электродинамических приборов являются пригодность для измерения постоянного и переменного тока, равномерность шкалы у ваттметров и относительно высокая точность по сравнению с другими приборами, предназначенными для измерений в цепях переменного тока. К недостаткам относится сильное влияние внешних магнитных полей на точность измерений, чувствительность к перегрузкам и относительно высокая стоимость.
Электродинамические приборы применяют обычно в качестве точных лабораторных приборов, а также в качестве ваттметров и счетчиков электрической энергии в цепях постоянного тока.
Рис. 327 Схемы включения электродинамического прибора в качестве амперметра (а), вольтметра (б) и ваттметра (в)
Ферродинамические приборы
Работа ферродинамических приборов основана на том же принципе, что и приборов электродинамической системы. Для усиления магнитного поля в ферродинамическом измерительном механизме применен магнитопровод из ферромагнитного материала. Неподвижная катушка 2 (рис. 328) размещается на полюсах ферромагнитного сердечника 4, а подвижная 3 поворачивается так же, как и в приборах магнитоэлектрической системы,-- в воздушном зазоре между полюсами 1 и неподвижным цилиндрическим сердечником 5. При такой конструкции приборы защищены от влияния внешних магнитных полей. Кроме того, увеличиваются магнитные потоки, создаваемые катушками, и возрастает вращающий момент, действующий на подвижную систему.
Рис. 328 Принципиальная схема ферродинамического измерительного механизма
Ферродинамические приборы используют в качестве щитовых амперметров, ваттметров и вольтметров, работающих в условиях тряски и вибраций (например, на э. п. с. переменного тока). Кроме того, их применяют в качестве самопишущих приборов, так как они имеют значительный вращающий момент, преодолевающий трение в записывающих устройствах.
Подобные документы
Характеристика электромеханических приборов для измерения постоянного, переменного тока и напряжения. Их конструкция, принцип действия, область применения, достоинства и недостатки. Определение и классификация электронных вольтметров, схемы приборов.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 26.03.2010
Принципы действия приборов для измерения электрического тока, напряжения и сопротивления; расчет параметров многопредельного амперметра магнитоэлектрической системы и четырехплечего уравновешенного моста постоянного тока; метрологические характеристики.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 18.06.2012
Измерение постоянного тока, расчет сопротивления шунта, определение погрешности измерения. Теоретические сведения. Параметры магнитоэлектрического прибора. Конcтруирование магнитоэлектрического прибора. Проверка миллиамперметра.
лабораторная работа [9,0 K], добавлен 10.06.2007
Принципы измерения напряжения посредством аналоговых электронных вольтметров. Описание структурной схемы цифрового вольтметра постоянного тока. Понятие об амплитудном значении напряжения. Особенности использования амплитудных детекторов в вольтметрах.
контрольная работа [404,7 K], добавлен 08.07.2014
Анализ измерительных устройств для измерения электрического тока, напряжения и сопротивления. Расчёт параметров четырехплечего уравновешенного моста постоянного тока. Оценивание характеристик погрешности и вычисление неопределенности измерений.
Системы измерительных приборов - это классификация электрических приборов ( электромеханического действия ) по физическому принципу действия измерительного механизма, т.е. по способу преобразования электрической величины в механическое действие подвижной части.
Все электрические приборы электромеханического действия снабжены неподвижной проградуированной шкалой, отсчёт по которой обычно производится по указательной подвижной стрелке ( иногда светового зайчика, образуемого подвижным зеркалом ), положение которой определяется равенством вращательного момента и момента сопротивления. Обычно момент сопротивления создаётся пружиной или торсионом ( растяжкой ), работающей на скручивание. Для логометрических и индукционных систем момент сопротивления создаётся иными способами, которые рассматриваются в соответствующих разделах. Приборы вибрационного типа вообще подвижной стрелки не имеет и её принцип действия имеет иной принцип действия, чем равенство вращательного и момента сопротивления ( см. вибрационная система ). Как правило, разновидности систем приборов различаются по способу создания вращательного момента и конструктивным особенностям.
Ферродинамическая система подобна электродинамической, но для увеличения вращательного момента в конструкции предусматривается сердечник из ферромагнитного материала. Аналогом такой системы является двигатель постоянного тока нормального исполнения. Ферродинамические системы применяют в вольтметрах и амперметрах, но чаще всего в – ваттметрах и варметрах.
Для самопишущих приборов и приборов, в которых требуются большие вращающие моменты, используют ферродинамические измерительные механизмы. В этих устройствах обмотка неподвижной катушки размещается на стальном магнитопроводе, выполненном из листовой электротехнической стали или из специального сплава (пермаллоя), обладающего малыми потерями на гистерезис и вихревые токи. Введение стального сердечника приводит к значительному повышению чувствительности, так как намного увеличивается вращающий момент. Кроме того, ослабляется влияние внешних магнитных полей, но из-за гистерезиса и вихревых токов снижается точность приборов. Ферродинамические приборы изготовляются классов точности 1,0 и 1,5.
В цепях переменного тока с помощью электродинамического ваттметра можно измерять как активную, так и реактивную мощность.
Для измерения активной мощности используют ваттметр с активным добавочным сопротивлением , включенным в цепь катушки напряжения (подвижной катушки) (рис. 6.4, в).В этом случае угол отклонения стрелки ваттметра пропорционален активной мощности:
.
В электродинамических и ферродинамических измерительных механизмах используют взаимодействия магнитных полей двух катушек, по которым проходят токи.
Различают: механизмы без ферромагнитных сердечников – электродинамические,механизмы с ферромагнитным сердечником – ферродинамические.
На рис. 1.3 схематически показано устройство электродинамического измери-тельного механизма. Катушка 1 неподвижна, катушка 2 имеет возможность поворачиваться на оси. Ток в подвижной катушке подводится при помощи двух спиральных пружин, служащих одновременно и для создания противодействующего момента.
Угол поворота α подвижной части механизма в цепях постоянного тока пропорционален произведению токов подвижной In и неподвижной Iн катушек:
где М – взаимная индуктивность системы катушек,
К – постоянный коэффициент.
В цепях переменного тока угол перемещения пропорционален произведению токов в катушках (их действующим значениям) и, кроме того, косинусу угла сдвига фаз между токами
где К – постоянный коэффициент.
Наличие двух катушек у электродинамического измерительного механизма дает возможность включать каждую из них в отдельную электрическую цепь. Это позволяет использовать электродинамические измерительные механизмы не только для измерения тока и напряжения, но также для измерения электрических величин, пропорциональных произведению, например, мощности.
Электродинамические приборы пригодны для электрических измерений в цепях постоянного и переменного тока, причем шкала у приборов для обоих родов тока одна.
Так как для создания вращающего момента электродинамических измерительных механизмов используют магнитные потоки, действующие в воздухе, то исключается возможность возникновения различного рода погрешностей, связанных с вихревыми токами, гистерезисом и т. п.
В результате этого электродинамические приборы являются наиболее точными среди приборов на переменном токе.
В электродинамическом приборе токи в катушках возбуждают магнитное поле, силовые линии которого замыкаются по воздуху, из-за чего оно относительно невелико, и для получения достаточного вращающего момента необходимо, чтобы катушки измерительного механизма имели значительное число витков. Вследствие этого собственное потребление электрической энергии прибором относительно велико.
Небольшая величина собственного магнитного потока обусловливает чувствительность прибора к внешним магнитным полям, что снижает точность электрических измерений. Для защиты от этих влияний приборы снабжаются специальными экранами.
Из-за наличия подвода тока в подвижную катушку и затрудненных условий охлаждения электродинамические приборы не допускают сколько-нибудь значительной перегрузки. Наконец, приборы этой системы достаточно высокой стоимости.
Таким образом, недостаткиприборов электродинамической системы: большое собственное потребление электрической энергии, слабые собственные магнитные поля, сильное влияние внешних магнитных полей и относительно большая стоимость.
Область применения:в качестве амперметров, вольтметров, ваттметров, фазометров и электрических счетчиков.
Ферродинамические приборы,магнитопровод которых выполнен из магнитомягких материалов, надежно защищены от влияния внешних магнитных полей. Однако применение стали, существенно уменьшает точность прибора вследствие влияния гистерезиса и вихревых токов. По этим причинам ферродинамические приборы для точных измерений малопригодны. Высший класс точности 1,5. Они применяются главным образом в качестве щитовых ваттметров и самопишущих приборов.
На шкале прибора приведены основные его данные: обозначение единицы измеряемой величины, что определяет название прибора; класс точности; род измеряемого тока; положение шкалы при измерении (вертикальное, горизонтальное, под углом); условное обозначение системы прибора; категория защищенности от влияния внешнего магнитного поля; величина напряжения, которым испытана изоляция измерительной цепи от корпуса прибора; группа эксплуатации.
По условиям эксплуатации приборы разделяют на четыре группы. Соответственно их обозначения – А, Б, В, Г, которые на шкале прибора обычно заключаются в треугольник, например Группа А – приборы предназначены для работы в закрытых сухих отапливаемых помещениях; Б – для работы в закрытых неотапливаемых помещениях; В – для работы в полевых или морских условиях; Г – для работы в условиях тропического климата.
Остальные основные условные обозначения, наносимые на шкалы электроизмерительных приборов, представлены в табл. 1.1.
Читайте также: