книга в верде после распозна (1024283), страница 9

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

Текст из файла (страница 9)

Преобразователи, предназначенные для измерения малых токов (от 1 до 100 мА), заключают в вакуумированный корпус: вакуум уменьшает отвод тепла от нагревателя.

Для вывода уравнения преобразования следует найти зависимость отклонения подвижной части измерительного механизма от измеряемого тока высокой частоты, т.е. зависимость а = /(/). Однако непосредственно на микроамперметр воздействует постоянный ток /т от ЭДС термо­пары/?:

а = SjlT ; (2.41)

/т = E/Rk , (2.42)

где Sj — чувствительность к току микроамперметра; RK — сопротивле­ние его рамки.

В свою очередь ЭДС термопары пропорциональна разности темпера­тур горячего спая термопары и ее холодных концов AT (равной также разности температур нагревателя и окружающей среды):

Е = кАТ. (2.43)

0

Задача, таким образом, сводится к определению зависимости AT (Г). Ее можно определить из условия теплового баланса нагревателя при рав­новесии: количество тепла, выделяемого током высокой частоты при прохождении через нагреватель, должно быть равно количеству тепла, рассеянного им вследствие теплоотдачи в окружающую среду, т.е.

PR^t = kTATt, (2.44)

где RH — сопротивление нагревателя; t — время; кт — коэффициент теплоотдачи.

Из (2.44) следует, что

ДГ = (HkT)RHP. (2.45)

Из уравнений (2.41) - (2.43) и (2.45) можно составить уравнение преобразования

а= (SjkRjRJc^P =тР, (2.46)

ч где т— постоянный коэффициент.

Таким образом, уравнение преобразования термоэлектрического при­бора является квадратичным.

Погрешности термоэлектрических приборов связаны с влиянием тем­пературы внешней среды на сопротивление нагревателя и на характери­стики микроамперметра. Погрешности также зависят от частоты изме­ряемого тока из-за наличия поверхностных эффектов и паразитных параметров цепей преобразователя.

Достоинством термоэлектрических приборов является малая зави­симость их показаний от формы кривой и частоты. К недостаткам отно­сятся невысокие чувствительность и точность (класс точности 1,0—4,0), очень малая перегрузочная способность, квадратичный характер шкалы, значительное потребление энергии.

Термоэлектрические приборы используются в качестве амперметров и вольтметров для измерения тока и напряжения на высоких частотах (до сотен мегагерц). Применять их на низких частотах нецелесообразно, так как в этой области они могут быть заменены надежными прибора­ми других систем.

Расширение пределов измерения термоэлектрических приборов мо­жет осуществляться при помощи высокочастотных трансформаторов тока (для амперметров) и безреактивных добавочных резисторов (для вольтметров),

2.4. ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ

Принцип действия электродинамических приборов основан на взаимодействии магнитных полей двух катушек, по которым про­текает ток.

0

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 (на рис. 2.16, не указаны), которые при повороте этой катушки созда­ют противодействующий момент. Поворот осуществляется вращающим моментом, вызванным взаимодействием магнитных полей катушек / и 2. Чтобы вывести уравнение преобразования, запишем выражение для электрокинетической энергии двух катушек с токами:

W= (l/2)ii7? + (1/2)Z2/| +Mhh, (2.47)

где L\ и L2 — индуктивности неподвижной и подвижной катушек; /ь /2 — токи в этих катушках.

Поскольку от угла поворота подвижной катушки а зависит толь­ко^- взаимная индуктивность катушки, то вращающий момент

Мвр = Ш/да = (дЖ/да)!^ .

(2.48)

При равновесии вращающий и противодействующий моменты урав-

(2.49)

новешены: Мвр ~Мпр, т.е.

{bJllbdylih =Wa,

где W — удельный противодействующий момент пружины. Следовательно, уравнение преобразования прибора

а = (l/W)(dJHda)hI2. (2-50)

Если по катушкам протекают переменные токи

h(t) = 7lMsin(w? + „i) и z'2(r) =/2Msin(wf + „2),

то для нахождения угла отклонения подвижной части прибора следует подставить выражения для этих токов в (2.50) и произвести усреднение по времени:

1 1

а = —; -

Т W

ъм

Ъ а

h (t)i2 (t)dt =

1 ъм

= — — 7i/2cos(„i W Ъа

где I\ и I2 — действующие значения токов в катушках.

Из уравнения преобразования

а = (l/W) (dJf/da)IlI2cos(yi - „2)

(2.51)

Рис. 2.16

0

Рис 2.18

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 (рис. 2.18). Последовательное соединение используется в приборах, предназначенных для измерения малых токов (до 0,5 А), не способных повредить тонкие пружинки, по которым ток подводит­ся к подвижной катушке. При больших токах (до 10 А) катушки вклю­чаются параллельно, причем соотношение сопротивлений цепей катушек выбирается таким образом, чтобы ток через подвижную катушку не превышал допустимого значения. Резистор R и катушки индуктивно­сти L1 иЬ2, показанные на рис. 2.18, служат для компенсации темпера­турных и частотных погрешностей.

В последовательной схеме амперметра 1\ =/2 =/, „i — „2 = 0, поэто­му уравнение преобразования (2.51) сводится к виду

а = (l/W)(dM/ba)P, (2.52)

т.е. при условии дЖ/да = const угол поворота стрелки квадратично за­висит от тока, протекающего в катушках.

В этом случае шкала неравномерна: она сжата на начальном участке и растянута на конечном. Работать с прибором, имеющим неравномер­ную шкалу, очень неудобно, поэтому расположение и форму катушек выбирают таким образом, чтобы производная dJC/da не оставалась по­стоянной, а существенно зависела от угла между подвижной и неподвиж­ной катушками. Изменяя дЖ/да, удается Делать шкалу практически равномерной (исключая начальный участок, составляющий примерно пятую часть от всей шкалы).

В параллельной схеме It = k^I; 1г =к21, а разность фаз 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 А, используются измерительные трансформаторы тока.

0

с>

о

о-

U

Рис. 2.19

Рис. 2.20

Вольтметры выполняются по схеме, представленной на рис. 2.19. Катушки включаются последовательно, ток через них ограничивается добавочным резистором RRo6. Уравнение преобразования вольтметра имеет вид

где R — общее сопротивление цепи прибора.

Как и в случае амперметров, изменением дЛ/да добиваются почти равномерного характера рабочего участка электродинамических вольт­метров.

Обычно электродинамические вольтметры выполняются многопре­дельными. Это достигается при помощи нескольких добавочных рези­сторов. При измерении повышенных напряжений (свыше 600 В) при­меняются измерительные трансформаторы напряжения.

При построении ваттметров используется тот факт, что уравнение преобразования (2.51) электродинамического механизма содержит произведение токов в катушках. Схема соединения катушек ваттметра и его включения в цепь для измерения мощности, потребляемой на­грузкой Z , приведена на рис. 2.20. Ток 1Х в неподвижной катушке равен току нагрузки, а ток /2 в подвижной катушке пропорционален приложенному напряжению: /2 = U/(Rno6 + г), гдеЛдоб - сопротив­ление добавочного резистора; г — сопротивление подвижной катушки. С учетом этого уравнение шкалы (2.51) для ваттметра

где tp — угол сдвига фаз между приложенным напряжением U и то­ком /н в нагрузке; Р — активная мощность нагрузки.

Таким образом, уравнение преобразования электродинамического ваттметра

а = (1/йО(ЭЛ£/д«)(£У7к2),

(2.53)

а = (l/H/)(3.«/3«)/,/2cos(„] - чь) = = О/И'(Лдоб + r2))(dJUda)IHUcos<p = = (1/ИЧЛдоб + г2)) (дЖ/да)Р ,

(2.54)

0

а = {1IW(R 0 + г2))(ЪЛ1Ъа)Р

(2.55)

имеет линейный характер.

Электродинамические 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 промышленных 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.

Ферродинамические приборы по существу являются разновидностью электродинамических приборов, от которых они отличаются не по прин­ципу действия, а конструктивно. Для увеличения чувствительности ка­тушка ферродинамических приборов имеет магнитно-мягкий сердеч­ник — магнитопровод, между полюсами которого размещается подвиж­ная катушка. Наличие сердечника значительно увеличивает магнитное поле неподвижной катушки, а следовательно, вращающий момент и чув­ствительность. Однако одновременно из-за 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 измерения в цепях промышленной частоты.

2.5. 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 непо­движными пластинами. Под действием электростатических сил 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

Рис. 2.21

С7:

с г-.

Рис. 2.22

<Ш= (1/2) CV2,

(2.56)

Характеристики

Список файлов книги