evtiheeva_n_n__izmerenie_yelektricheskih _i_neyelektricheskih (1024281), страница 11
Текст из файла (страница 11)
50 устройство электродинамического измерительного механизма показано на рис. 2.16. Внутри неподвижной катушки 1 может вращаться подвижная катушка 2. Ток к подвижной катушке подается через пружинки (иа рис. 2.16, не указаны), которые при повороте этой катушки создают противодействуняций момент. Поворот осуществляется вращающим моментом„вызванным взаимодействием магнитных полей катушек 1 и 2 Чтобы вывести уравнение преобразования, запишем выражение для электрокииетической зиерпш двух катушек с токами: фУ= (1/2)Хг/1 + (1/2)АгРг + 111г/г (2.47) где Аг н Аг — индуктивности неподвижной и подвижной катушек; 1„1г — токи в этих катушках.
Поскольку от угла поворота подвижной катушки а зависит только Я вЂ” взаимная индуктивность катушки, то вращающий момент М, = ЖК/да = (дЯ/да)1,1г . (2.48) При равновесии вращающий н противодействующий моменты уравновешены: М =М„, т.е. ар пр' (дАЦда)1г1г = 1уа, (2.49) где 1г' — удельный противодействующий момент пружины. Следовательно, уравнение преобразования прибора а = (1/1Р) (дб//да)1г1г. (2.50) Если по катушкам протекают переменные токи и (т) 11 маги(шг + Ф~) и гг (е) = 12маш(ыг + ггг) ° то для нахождения угла отклонения подвижной части прибора следует подставить выражения для этих токов в (2.50) и произвести усреднение по времени: дМ а = — / — — 1 (т)гг(г) /г = т в' да д,/1 — — 1г 1г соа (~р~ — Е'г ), и да где 1г и 1г — действующие значения токов в катушках.
Из уравнения преобразования а = (1/В') (дб1/да) 1~1г соя(уг — чгг) (2.51) Рис. 2.1б 51 следует, что перемещения подвижной части механизма при работе на переменном токе зависят как от токов в его катушках, так и от разности фаз между этими токами. Это дает возможность использовать приборы электродинамической системы не только в качестве амперметров и вольтметров, но и в качестве ваттметров. В амперметрах катушки соединены последовательно (рис. 2.17) или параллельно (рнс. 2.18). Последовательное соединение используется в приборах, предназначенных для измерения малых токов (до 0,5 Л), не способных повредить тонкие пружинки, по которым ток подводится к подвижной катушке.
При больших токах (до 10 Л) катушки включаются параллельно, причем соотношение сопротивлений цепей катушек выбирается таким образом,.чтобы ток через подвижную катушку не превышал допустимого значения. Резистор /1 и катушки индуктивности А1 и А2, показанные на рис. 2.18, служат для компенсации температурных и частотных погрешностей. В последовательной схеме амперметра /, =/з =1. д, — 1сз = О, поэтому уравнение преобразования (2.51) сводится к виду а = (1/1У) (Э.Ф/оа)/з„ т.е. при условии ЭМ/да = сопят угол поворота стрелки квгдратично мвисит от тока, протекающего в катушках.
В этом случае шкала неравномерна: она сжата на начальном у истке и растянута на конечном. Работать с прибором, имеющим неравномер. ную шкалу, очень неудобно, поэтому расположение и форму катушек выбирают таким образом, чтобы производная дЯ/да не оставалась постоянной, а существенно зависела от угла между подвижной и неподвижной катушками. Изменяя дМ/За, удается делать шкалу практически равномергюй (исключая начальньш участок, составляющий примерно пятую часть от всей шкалы) . В параллельной схеме Уг = /с,/;/з =язХ а разностьфаз также устанавливается равной нулю подбором индуктивностей в цепях катушек.
Таким образом, квадратичность преобразования и необходимость получения более равномерной шкалы сохраняется и в этом случае. При измерении электродинамическими амперметрами токов, превышающих 10 Л, используются измерительные трансформаторы тока. Рис. 229 Рис. 2.20 Вольтметры выполняются по схеме, представленной на рис. 2.19. Катушки включаются последовательно, ток через них ограничивается добавочным резистором Я об.
Уравнение преобразования вольтметра имеет внц а = (1/19) (д в/да) ((Р//т~), (2.53) где Я вЂ” общее сопротивление цепи прибора. Как и в случае амперметров, изменением д И/да добиваются почти равномерного характера рабочего участка злектродинамических вольтметров. Обычно злектродинамические вольтметры выполняются многопредельными. Это достигается при помощи нескольких добавочных резисторов. При измерении повьппенных напряжений (свыше 600 В) применяются измерительные трансформаторы напряжения. При построении еаггиетров используется тот факт, что уравнение преобразования (251) злектродинамического механизма содержит произведение токов в катушках. Схема соединения катушек ватгметра и его включения в цепь дпя измерения мощности, потребляемой нагрузкой св, приведена на рис.
2.20. Ток Х, в неподвижной катушке равен току нагрузки, а ток 1, в подвижной катушке пропорционален приложенному напряжению: 1з = Щ(А, ~п + г ), где /1л е — сопротивление добавочного резистора; г — сопротивление подвижной катушки. С учетом зтого уравнение шкалы (2.51) дпя ваттметра а = (1/Ь')(д й/да)1,1зсоаИ, — ~9з) = = (1/1У(Кдо. + гз))(дм/да)1а(1 оа д = (1/19(тт, и гз)) (д и/да)Р, (2.54) где у — угол сдвига фаз между приложенным напряжением (/и током 1а в нагрузке; Р— активная мощность нагрузки. Таким образом, уравнение преобразования злектродинамического ваттметра (2.55) имеет линейный характер. Электродинамнческие ваттметры выполняют в виде многопредельных лабораторных переносных приборов самых различных„в том числе и достаточно высоких, классов точности (0,2; 0,1) .
Диапазон измеряемых мощностей таких приборов — от долей ватта до нескольких киловатт. Измерения могут выполняться как на постоянном токе, так и на токах промьпппенных частот (50 т, 400 Гц) . Погрешности электродинамических приборов возникают из-за температурных влияний и наличия внешних магнитных полей, При повышении частоты до нескольких сот герц существенными становятся также частотные погрешности. Они обусловлены ростом индуктивного сопротивления катушек, приводящим к уменьшению вращающего момента. Ферродииамические приборы по существу являются разновидностью электродинамических приборов, от которых они отличаются не по принципу действия, а конструктивно. Для увеличения чувствительности катушка ферродннамических приборов имеет магнитно-мягкий сердечник — магнитопровод, между полюсами которого размещается подвиж ная катушка. Наличие сердечника значительно увеличивает магнитное поле неподвижной катушки, а следовательно, вращающий момент и чувствительность.
Однако одновременно иэза нелинейности магнитных характеристик сердечника снижается точность прибора и увеличиваются его частотные погрешности. Ферродинамические приборы широко используются в качестве щитовых ваттметров, а также амперметров и вольтметров для измерении в цепях промышленной частоты. 2.Е ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ Принцип действия электростатических приборов основан на взаимодействии электрически заряженных проводников.
Одна из распространенных конструкций электростатического измерительного механизма приведена на рис. 2.21. Подвижная алюминиевая пластина 1, закрепленная вместе со стрелкой на оси 3, может перемещаться, взаимодействуя с двумя электрически соединенными неподвижными пластинами 2. Входные зажимы (не показаны), к которым подводится измеряемое напряжение, соединены с подвижной и неподвижнымн пластинами. Под действием электростатических снл подвижная пластина втягивается в пространство между неподвижными пластинами. Движение прекращается, когда противодействующий момент закрученной пружины становится равным вращающему моменту. Энергия электростатического поля, запасенная электростатическим измерительным механизмом, 54 Риа 2.21 (2.56) где С вЂ” емкость между пласгинамн, зависящая от их взаимного расположения; У вЂ” измеряемое напряжение.
Следовательно, вращающий момент М = ЭИУ7да = (1/2) (дС/да)бз. (2.57) Противодействующий момент М = И'а при равновесии равен М Таким образом, уравнение преобразования злектростатнческого прйбора имеет вид а =. (1/2й~) (дС/да) бз. Из (2.58) следует, что показание прибора не зависит от полярности приложенного напряжения. В случае переменного тока следует произвести усреднение показаний по времени: Т 1 дС г(г) 1 ги' да 1 дС 1 дС вЂ” — / иа(г)Ф = — — уз г1Г да е гв' да (2.59) где и(Г) — мгновенное значение измеряемого переменного напряжения; б' — его действующее значение; Т вЂ” период времеви, за который производится усреднение. Таким образом, квадратичность уравнения преобразования (при ЭС/да = сопят) сохраняется и на переменном токе.
Позтому приходится 55 добиваться лииеаризации шкалы специальным выбором формы пластин. К достоинствам приборов электростатической системы относятся широкий частотный диапазон, ничтожное потребление энергии, независимость показаний от внешних магнитных полей. К недостаткам следует отнести низкую чувствителыюсть, невысокую точность, необходимость экранирования измерительного механизма от влияния внешних электрических полей. Приборы электростатической системы в основном используются в лабораторной практике для измерения напряжений в высокоомных цепях на частотах от нескольких герц до нескольких мегагерц. Применение электронных усилителей позволяет значительно увеличить чувствительность приборов и использовать их в качестве милливольтметров.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
