книга в верде после распозна (1024283), страница 10

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 10)

где С — емкость между пластинами, зависящая от их взаимного распо­ложения; U — измеряемое напряжение. Следовательно, вращающий момент

М = Ш/да = (1/2)(ЭС/Эа)£Л вр

(2.57)

Противодействующий момент Л/пр= Wa при равновесии равен Мл

вр

Таким образом, уравнение преобразования электростатического при­бора имеет вид

а - (1/2й/)(ЭС/Эа)£Л

(2.58)

Из (2.58) следует, что показание прибора не зависит от полярности приложенного напряжения.

В случае переменного тока следует произвести усреднение показаний по времени:

1 Т 1 ЭС J

а =

Т о 2W Эа

-u2(t)dt =

1

ЭС

--J и2 (f) А =--

2W да о 2W да

и2,

(2.59)

где н(г) — мгновенное значение измеряемого переменного напряжения; U — его действующее значение; Т — период времени, за который произ­водится усреднение.

Таким образом, квадратичность уравнения преобразования (при ЪС/да = const) сохраняется и на переменном токе. Поэтому приходится

0

добиваться линеаризации 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 чувствительность, 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. Применение емкостных делителей расширяет верхний предел измерения вольтметров до значений порядка нескольких киловольт. Емкостный делитель, показанный на рис. 2.22, имеет коэффициент де­ления

к = ^внЛх - 0/(С7 + С2)

и обеспечивает увеличение верхнего предела измерения вольтметра в l/k = С2/С1 + 1 раз. (Это справедливо, если собственная емкость элект­ростатического вольтметра много меньше С2. В противном случае значение к должно быть уточнено).

2.6. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПРИБОРЫ

Принцип действия приборов электромагнитной системы ос­нован на взаимодействии магнитного поля, создаваемого током в непо­движной катушке, с подвижным ферромагнитным сердечником. Одна из наиболее распространенных конструкций электромагнитного изме­рительного механизма представлена на рис. 2.23, где / — катушка; 2 — сердечник, укрепленный на оси прибора; 3 — спиральная пружина, создающая противодействующий момент; 4 — воздушный успокоитель. (Встречаются также другие конструктивные модификации измеритель­ных механизмов этой системы.) Под действием магнитного поля сер­дечник втягивается внутрь катушки. Подвижная часть механизма по­ворачивается до тех пор, пока вращающий момент не уравновесится противодействующим моментом, создаваемым пружиной.

Уравнение преобразования. Энергия магнитного поля катушки, через которую протекает ток /,

Щ, = LP/2, (2.60)

где L — индуктивность катушки, зависящая от положения сердечника, а следовательно, и от угла поворота подвижной части.

0

Рис. 2.23

Согласно (2.2) вращающий момент

Мвр = dWjda = (P/2)(dL/da). (2.61)

При установившемся отклонении подвижной части механизма Мвр = Мпр, где Мпр = Й^а, т.е. уравнение преобразования прибора имеет вид

а = (1/2Й/) (ЭХ/Эа)/2 . (2.62)

Если по катушке протекает переменный ток /(г), то необходимо произвести усреднение по времени:

1 дь 1 Г

а =---j r»(f)A. (2.63)

2W Эй Г о

По определению действующее значение тока

I = /— (2-64)

т.е.

а = (1/2Й/)(ЭХ/Эа)/2. (2.65)

Из (2.65) следует, что угол поворота подвижной части механизма пропорционален квадрату действующего значения тока, т.е. не за­висит от направления тока. Поэтому электромагнитные приборы оди­наково пригодны для измерений в цепях постоянного и переменного

57 тока. Линеаризация шкалы произво­дится при помощи выбора специаль­ной формы сердечника.

Амперметры. Промышленностью выпускаются амперметры с номиналь-tyl/v ( | ным током от долей ампера до 200 А.

щ ^ Наиболее распространены амперметры

на 5 А. Последнее обстоятельство свя­зано с тем, что на практике для расши­рения пределов измерения использу­ются трансформаторы тока, причем номинальное значение тока во вто-^c 2 24 ричной обмотке выбирается, как пра-

вило, равным 5 А. На рис. 2.24 пока­зано включение амперметра во вто­ричную обмотку трансформатора тока. Здесь w, — первичная обмот­ка; w2 — вторичная; 1Х и 12 — соответствующие токи.

Вольтметры. Если учесть, что ток через катушку прибора / = U/Rn, где U - приложенное напряжение, a RK - сопротивление катушки, то из (2.65) следует

а = (l/2R0(M./3e)(l/RJj)a3.

(2.66)

Таким образом, шкала измерительного механизма может быть про-градуирована и в единицах напряжения. Для расширения пределов из­мерения вольтметров используются добавочные сопротивления, поэтому приборы можно выполнять многопредельными. Промышленностью выпускаются электромагнитные вольтметры с номинальным напряже­нием от долей вольта до сотен вольт.

К достоинствам приборов электромагнитной системы относятся: простота конструкции, низкая стоимость, надежность, способность вы­держивать большие перегрузки, пригодность для измерения в цепях как постоянного, так и переменного тока.

Недостатками являются: большое собственное потребление энергии, малая точность, малая чувствительность, сильное влияние внешних маг­нитных полей.

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

Резонансный (вибрационный) частотомер. Электромагнитные меха­низмы нашли применение также для изготовления частотомеров, пред-58

Рис. 2.25

назначенных для контроля частот 50 и 400 Гц. Такие частотомеры (рис. 2.25) состоят из электромагнита 1 с сердечником 2, на обмотку ко­торого подается напряжение с измеряемой частотой. В поле электро­магнита находится якорь 3, скрепленный с планкой 4, на которой укреп-пен ряд стальных пластинок б с различными собственными частотами. Пружинные опоры 5 позволяют якорю и пластинкам б совершать вынуж­денные колебания с удвоенной частотой напряжения. При этом наиболь­шую амплитуду будет иметь та пластинка, у которой частота собствен­ных колебаний совпадает с частотой второй гармоники вынужденных колебаний.

Погрешность резонансных частотомеров составляет около 1%. Она определяется размером пластинок и их числом. К достоинствам рассмат­риваемых приборов относятся их простота и удобство в эксплуатации. Недостатки — узкость пределов измерения (например, 45—55 Гц, 350—450 Гц) и невозможность использования на подвижных объектах из-за появления паразитных механических вибраций.

Измерительные трансформаторы тока. Как указывалось выше, для расширения пределов измерения электромагнитных амперметров при­меняются измерительные трансформаторы тока, которые преобразуют большие значения токов 1Х в малые 12 ■ Коэффициент трансформации Кj =Ii/I2 в основном определяется отношением числа витков во вторич­ной обмотке w2 к их числу в первичной обмотке и>1, т.е. Kj w2/w\. Схема включения амперметра с трансформатором тока ТА представле­на на рис. 2.26. Чтобы получить значение измеряемого тока /ь следует измеренное амперметром значение тока /2 умножить на коэффициент трансформации:

A =KjI2.

На практике вместо действительного коэффициента трансформа­ции К j приходится использовать номинальный коэффициент трансфор­мации К1н, что приводит к погрешности определения тока It. Классы точности трансформаторов тока переносных лабораторных: 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; стационарных, устанавливаемых на подстанциях: 0,2; 0,5; 1,0; 3; 5; 10. Номинальные значения сопротивления нагрузки в

0

TV

Рис. 2.26

Лгс. 2.27

цепи вторичной обмотки лежат в пределах от 0,2 до 2,0 Ом. Увеличение сопротивления нагрузки приводит к увеличению погрешностей. Раз­мыкание вторичной обмотки недопустимо, так как оно вызывает появ­ление на разомкнутых концах высокого напряжения, опасного для лю­дей и способного привести к нарушению изоляции.

Измерительные трансформаторы напряжения. Для расширения преде­лов измерения вольтметров электромагнитной, электродинамической и электростатической систем применяются измерительные трансформа­торы напряжения, которые преобразуют высокое напряжение Ui, подводимое к первичной обмотке, в низкое U2, снимаемое со вторич­ной. Коэффициент трансформации Кv = Ui/U2 приближенно равен от­ношению числа витков первичной обмотки Wi к числу витков во вто­ричной, т.е. Кц Wi/w>2- Схема включения вольтметра с трансформа­тором напряжения TV представлена на рис. 2.27. Значение измеряемого напряжения С/| определяется из формулы Ui = KyU2 . Использование вместо действительного коэффициента трансформации Ку приводит к погрешностям определения напряжения С/|. Классы точности лабора­торных трансформаторов напряжения: 0,05; 0,1; 0,2; стационарных: 0,2; 0,5; 1,0; 3.

2.7. ЭЛЕКТРОННЫЕ АНАЛОГОВЫЕ ВОЛЬТМЕТРЫ

В электронных вольтметрах конструктивно объединены электронный преобразователь и измерительный механизм. Электрон­ный преобразователь может быть ламповым или полупроводнико­вым. Измерительный механизм обычно магнитоэлектрический. Элект­ронные аналоговые вольтметры позволяют производить измерения в широком диапазоне напряжений и частот.

Электронные вольтметры постоянного тока выполняются по схеме, представленной на рис. 2.28. Измеряемое напряжение U подается на входное устройство, представляющее собой многопредельный высоко-омный делитель на резисторах. С делителя напряжение поступает на уси­литель постоянного тока и далее — на измерительный механизм. Де­литель и усилитель постоянного тока ослабляют или усиливают напряже-

0

Рис. 2.28

~и*у. Входное . П устройство

Детектор

Усилитель постоянного тока

Измеритель­ный механизм

Рис. 2.29

ние до значений, необходимых для нормальной работы измерительного механизма. Одновременно усилитель обеспечивает согласование высо­кого сопротивления входной цепи прибора с низким сопротивлением катушки измерительного механизма. Входное сопротивление электрон­ного вольтметра составляет обычно несколько десятков мегаом. Это позволяет производить измерения в высокоомных цепях без заметного потребления мощности от объекта измерения. Диапазон .измеряемых напряжений постоянного тока — от десятков милливольт до несколь­ких киловольт. Для измерения малых напряжений используют микро­вольтметры с преобразованием постоянного тока в переменный. В та­ких приборах усиление измеряемого сигнала производится на перемен­ном токе, что позволяет достичь больших значений коэффициента усиления и снизить порог чувствительности до нескольких микроволы. Рабочий диапазон электронных микровольтметров постоянного тока ле­жит в пределах Ю-8 — 1 В.

Электронные вольтметры переменного тока выполняются по двум структурным схемам, представленным на рис. 2.29. В первой из этих схем измеряемое переменное напряжение сначала преобразуется в по­стоянное при помощи детектора, а затем усиливается усилителем по­стоянного тока и воздействует на измерительный механизм. Во второй схеме усиление производится на переменном токе (для этого служит усилитель переменного тока) и лишь затем предварительно усиленный сигнал выпрямляется детектором и отклоняет стрелку измерительного механизма. Эти схемы дополняют друг друга. Каждая из них обладает своими преимуществами и недостатками. По первой схеме могут строиться вольтметры, обладающие широким частотным диапазоном (10 Гц — 1000 МГц), но обычно не способные измерять напряжения меньше нескольких десятых долей вольта: детектор выпрямляет толь* ко достаточно большие напряжения.

0

Характеристики

Список файлов книги