Касаткин А.С., Немцов М.В. Курс электротехники (2005) (1021859), страница 56
Текст из файла (страница 56)
Можно считать ЭДС термопары пропорциональной разности температур между ее горячим и холодным концами, т. е. мощности нагревателя, которая пропорциональна квадрату действующего значения ! переменного тока [см (2 50) ] Поэтому и вращающий момент, действующий на подвижную часть измерительного механизма, пропорционален ! ', а следовательно, шкала прибора квадратичная Б, Электромагнитная система, В измерительных механизмах электромагнитной системы а1юшаюший момент обусловлен дайс~вием магнитного поля изчеряе~ это тока в нсподвихоюй катушке прибора па подвижный ферромагнитный якорь. Механические силы в подобном Р' ~ЗЫ Рнс. 12 9 Рис Щ !О 350 устройстве стремятся переместить якорь так, чтобы энергия магнитного поля устройства стала возможно большей.
В механизме с плоской катушкой (рис. 12.11) якорь 1 втягивается в катушку 2 с измеряемым током. ))ля усиления магнитного поля и регулирования вращакянего момента служит неподвижный сердечггик 3. Противодействующий момент создается спиральной пружиной. Лля зашиты от внешних магнитных попей измерительный механизм со всех сторон закрыт ферромагнитным экраном 4 (на рис, 12.11 верхняя крышка экрана снята), В общем случае вращающий моме!и, действующий на подвижную часть, равен производной энергии магнитного поля И' = !. (а)(~/2 по координате перемещения а !см. (7.!б) ): 4в' ! д!.
(а) г1а 2 Н (а) (12 3) М где !. (а) и ! — и~щуктивность н ток катушки. Если ток катушки синусоидальный (! = ! а!псе!), то равновесие т подвиваюй части наступнг при равенстве среднего за период вращающего моме|па и противодействующего момента пружины: ! Н!. (п) М ю ., з 4п 4а 4! (а) — = л! ла лп пп (1'.4) где ! — действующее значение тока Следовательно, действу!ощее значение измеряегио~ о тока 2! 24 ! = ! — — — хна = Г(а) хlп, х! 4!. (а),'Ыа (! 2.5) где С (а) — пена деле 1птя. 35! Аналогичную завнснгиость имеет электромагнитный механизм лри измерении постоянного тока ! = ! Перавномерность шкалы — нслосгаток приборов электромагнитной системы. Магнитное иоле прибора возбуждается самим измеряемым током и относигельно слабое, так как больная часть пути магнитно!о по!ока проходит в воздухе.
!(о мой причине у измерительного механизма электромагнитной системы малая чувствительность. Из.за слабости собственного магнитно!о ноля прибор приходится защищать от внешли. магнитных в нин1ий,)ля злно применяются ферромап!нтныс эк- раны (рис. 12.11) или же измерительные механизмы изготовляются а стати ческ ими, Общий принцип астатического устройства измерительной системы заключается в следующем.
Число катушек в механизме удваивается, причем обе катушки в равной мере участвуют в образовании вращающего момента, но их собственные магнитные поля имеют противополож. ные направления. Всякое внешнее однородное магнитное поле, усиливая магнитное пале одной катушки, на столько же ослабляет магнитное поле второй катушки. В результате внешнее магнитное поле не изменяет общий вращающий момент измерительного механизма. Класс точности электромагнитных приборов обычно не выше 1,5, главным образом из-за влияния гистерезиса (остаточного намагничивания), что особенно сказываетсн при измерениях постоянного тока, и потерь энергии на перемагничивание при измерениях переменного тока (частотой не выше 1500 Гп) . Электромагнитный измерительный механизм обладает рядом ценных свойств.
Неподвияпзую катушку с током легко выполнить с достаточным запасом сечения проводов на случай перегрузок. Приборы этой системы допускают большие перегрузки, дешевы и просты по устройству. Электромагнитными приборами измеряют преимушест. венно переменные напряжения и токи (невысоких частот), В промышленных установках переменного тока низкой частоты большинство амперметров и вольтметров — приборы электромагнитной системы. В, Электродинамическая система.
В злектродинамических измерительных механизмах для создания вращающего момента используется взаимодействие двух катушек с токами. Измерительный механизм этой системы состоит в основном из неподвижной 1 и подвиьаюй 2 катушек (рис, 12.12). Противодействующий момент создают специальные пружины 3, которые вместе с тем служат для подвода тока в подвижную катушку, Последняя поп действием электромагнитных сил стремится занять такое полажение, при котором направление ее магнитного ноля совпадает с направлением поля неподвижной катушки (максимальная энергия суммарного маг. нитного паля). Вращающий момент электродинамического измерительного механиз. ма определяется так же, как электромагнитного механизма [см.
(12,3) 3; ч' и' с/М (а) '~~а (12.6) ча да где в выражении энергии магнитного поля по (2 80) от угла поворота а подвижной катушки зависит только составляющая М(а)1,1,; П и (т— переменные (сннусоидальные) токи подвижной и неподвижной катушек. Так как в приборе две катушки, то можно существенно расширить область применения этого механизма. В зависимости от назначения прибора изменяется и характер его шкалы. 352 В вольтметре обе катушки с большими числами витков обычно соеди.
няются последовательно между собой (рис. 12,13, а) и последовательно с добавочным резистором, сопротивление которого г„, Таким образом, в электродинамическом вольтметре !, = !, = и/г где и — измеряемое напряжение; г = г + г — общее сопротивление к а измерительной цепи вольтметра, равное сумме сопротивлений двух ка. тушек г и добавочного резистора г . К и Подставив выражения токов в (12,6) и выполнив преобразования, аналогичные (12,4) и (12,5), получим п и = — "" з/а = С„(а),/а, Ым(а)/Ыа где С (а) — цена деления; (1 — действующее значение напряжения.
и В электродннамических амперметрах на токи до 0,5 А подвижная и неподвижная катушки также соединяются последовательно. При большем значении измеряемого тока ! подвижная и неподвижная ка. тушки соединяются параллельно (рис. 12.13, б). В этом случае токи г Г Рис. !2.!2 Рис. 12.! 3 (!=се в) а) 353 П = ««, <г =- й«. Следовательно, « 2 <' = х< а = С (а) 5<<а, «м (а) <' да где С (а) — пена деления; 1 — действую<цее значение тока ! Электродинамические вольтметры и амперметры имен>т неравномерную шкалу. В ваттметре (рис. 12.13, я) ток в неподвижной катушке равен току в контролируемой установке (в сопротивлении нагрузки г ), т. е. <з = <. К цепи подвижной катушки приложено напряжение этой установки, т.
е. <, = и/г , где г . — общее сопротивление цепи напряжения (дараллельной цепи) ваттметра Подставив эти выражения в (12,б) и выполнив преобразова«ия, подобные (12.4) н (! 2 5), получим Р = И = а = С, (а)а, гм(а)!«а где С (а) — цена деления. Если цена деления изменяется мало от зна- Р чения угла доворота подвижной катунгки, то шкала злсктродш<амического ваттметра близка к равномерной. Электродннамические приборы пригодны для измерений в цепях как постоянного, так и переменного тока, причем в обоих случаях шкала у приборов одна и та же. В электродицамическом приборе измеряемые токи возбужда<от относительно слабое мап<итное поле в воздухе. Поэтому для получения достаточного вращающего момента нужны катушки изл<ернтельного механизма с большими числами виткое и собственное потребление энергии прибором относительно велико, Из-за слабого мапштного поля прибор чувствителен к внешним магнитным влияниям; для защиты от этих влияний приборы имеют экраны.
Так как условия охлаждения плохие (теплоотдача через слой воздуха), то электродинамическне механизмы не допускают сколько-нибудь значительной перегрузки (в особенности амперметры) . Наконец, приборы этой системы дорогие. Однако благодаря отсутствию в магнитном ноле ферромагнитных сердечников — элементов с нелинейными свойствами — точность электродинамического прибора может быть высокой — класса 0,2 и даже 0,1. Г, Индукционная система. Индукционная измерительная система основана на использовании вращающегося ма<нитного поля. Если синусоидальные токи в двух катушках, определенным образом ориентированных в пространстве, не совпала<от ло фазе, то в части пространства резулыируюшее магнипюе поле этих двух катушек будет вращающимся вокруг некоторой оси. Если на этой оси находится тело нз материала с малым удельным сопротивлением, то в нем возникнут внхревые токи.
354 Взаимодействие вихревых токов с вращающимся магнитным полем создает вращающий момент, под действием которого тело придет в дви. жение. В индукционном измерительном механизме вращаюцщй момент создается воздействием результирующего магнитного поля цвух электромагнитов переменного тока на подвижную часть —. алюминиевый диск, в котором это поле инлуктнрует вихревые токи. Электромагниты возбуждаются измеряемыми переменными токами, Поэтому значение вращающего момента зависит от значений токов в обоих электромагнитах и угла сдвига фаз между ними.
Это ценное свойство индукционного измерительного механизма положено в основу построения приборов для измерения мощности и энергии в цепях переменного тока. Д, Другие системы, В измерительных механизмах приборов электростатической системы врашаюший момент создается электростатическими силами взаимодействия заряженных электродов. Среди приборов агой системы наиболее распространен вольтметр. Под действием измеряемого напряжения заряжаются системы подвижных ! и неподвижных 2 щчастин прибора (рис.
12.!4), Возникающие при этом электростатические силы притяжения создают вращающий момент, Противодействующий момент создается пружиной. Изменение полярности напряжения не влияет на направления действия вращающего момента; следовательно, электростатический вольтметр пригоден для измерения и постоянного, и переменного напряжений, В ряде случаев весьма существенным преимуществом прибора следует считать то, что он практически не потребляет энергии. Однако при небольших напряжениях вращающий момент весьма мал, приходится увеличивать число пластин и вместо установки на кернах подвешивать подвижную часть на нити.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
