Герасимов В.Г. (ред). - Электрические измерения и основы электроники (1998) (529641), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Электродинамические механизмы и приборы. Э л е к т р о д и н ам и ч е с к и й м е х а н и з м (рис. 1.11) состоит из неподвижной 1 и подвижной 2 катушек, поршня и камеры. Подвижная катушка может поворачиваться вокруг оси внутри двух секций неподвижной катушки. При наличии в катушках токов 1! и У возникают электромагнитные силы взаимодействия, стремяшиеся повернуть катушку 2 соосно с катушкой 7. В результате возникает вращающий момент 0 ' зз~ Рне ! !О Электромагнитный измеригельный механизм 22 Рис.!. ! !. Электродннамический измерительный механизм При синусоидальных токах ! =1 яп ю! и 1 =1 в1п (ь! — !р ) вра! !т 2 2т щающий момент электродинамического измерительного механизма пропорционален произведению действующих значений токов в катушках и косинусу угла сдвига фаз между ними. Угол отклонения подвижной части измерительного механизма выражается формулой а = И!1! 1 соя ~р, (1.17) где1 и1 — действующиезначения токов ! и 1„.
! 2 ! Электродинамические приборы,вкоторых используются вышеописанные механизмы, применяют в цепях постоянного и переменного тока для измерения тока, напряжения и мощности. Они отличаются высокой точностью (класс точности О,1; 0,2 и 0,5), независимостью показаний от формы кривой тока и напряжения К недостаткам этих приборов следует отнести сравнительно низкую чувствительность, большое собственное потребление энергии, влияние внешних магнитных полей и ограниченный частотный диапазон.
Индукционные механизмы и приборы. И н д у к ц и о н н ы й м е х а н и з м (рис.1.12) состоит из двух неподвижных магнитопроводов1 и 2 с обмотками и подвижного алюминиевого диска 4, укрепленного на оси. Магнитные потоки Ф и Ф, создаваемые синусоидальными токами ! = 1 яппи! и ! = 1 яп (ж +ср) и пронизывающие ! !т 2 2т диск, смещены в пространстве. При этих условиях в диске образуется бегущее магнитное поле, под влиянием которого диск приходит во вращение.
Магнит 3 служит для создания тормозного момента. Среднее значение вращающего момента М, = /с о 1, 1 яп !р (1.18) И н д у к ц и о н н ы е п р и б о р ы используют главным образом в качестве однофазных и трехфазных счетчиков энергии переменного тока. Счетчики имеют классы точности 1,0 и 2,5. Промышленность выпускает однофазные счетчики электроэнергии на чоки 5 и 1О А и напряжения 127 и 220 В; трехфазные счетчики на токи до 50 А и напряжения !27, 220 и 380 В для непосредственного включения и до 2000 А и 35 кВ для включения через измерительные трансформаторы Электростатические механизмы и приборы. Э л е к т р о с т а т ич е с к и й м е х а н и з м (рис. !.13) состоит из двух (и более) металлических изолированных пластин.
выполняющих роль электродов. На неподвижные пластины 1 подается потенциал одного знака, а на подвижные пластины 2 потенциал другого знака. Подвижная пластина вместе с указателем укреплена на оси и под действием сил электрического поля между пластинами поворачивается. При постоянном напряжении 11 между пластинами вращающий момент пропорционален зарядам (д= Г(1) на этих пластинах, гле à — емкость между подвижными и неподвижными пластинами' 1 э" 2 1, 1 Рнс 1,12.
Индукционный измерительный механизм Рнс 1 13 Электростатический измерительный механизм 24 М = 1ф=1С2У2. (1.19) вр При синусоидальном напряжении и = У яп оз ~ подвижная часть механизма реагирует на среднее значение момента, равного М =1 У з, врср ! где У вЂ” - действующее значение напряжения.
3 л е к т р о с т а т и ч е с к и е п р и б о р ы, в которых используются электростатический механизм, применяют исключительно в качестве вольтметров для измерения постоянного и переменного напряжений. Из выражения (1.19) следует, что угол отклонения указателя электростатического прибора пропорционален квадрату напряжения, т.е. шкала является квадратичной. Часто подбором формы электродов (пластин) получают практически равномерную шкалу (в пределах 10 — 100'в Р ). Электростатические вольтметры отличаются малым собственным потреблением энергии, широким частотным диапазоном (до !О МГц), нечувствительностью к внешним магнитным полям и колебаниям температуры, их показания не зависят от формы кривой измеряемого напряжения К недостаткам этих приборов следует отнести сравнительно низкую чувствительность — без предварительных усилителей сигналов их нижний предел измерения составляет 10 В Эти приборы изолированы от внешних электрических полей электростатическими экранами.
Принцип действия прибора, возможность его работы в тех или иных условиях, возможные предельные погрешности прибора могут быть определены по условным обозначениям, нанесенным на шкалу прибора. Так, электроизмерительному прибору, шкала которого изображена на рис 1 14, можно дать следующую техническую характеристику: вольтметр для измерения переменного напряжения в пределах от О до 150 В, электромагнитной системы вертикального положения класса точности 1,0.
Изоляция прибора испытана на напряжение 2 кВ. Рис ! !4 Шкала электроизмерительиого прибора Задача 1.6. Предел измерения многопредельного прибора равен 0,6 А. Положение стрелки прибора (рис. 1.15), включенного в цепь для измерения тока, соответствует 25 дел. при а = 30 дел. (класс точности макс К=1,0). Определить значение измеренного тока /, относительную пог- и' решность измерения тока о .
Записать результат измерения неизвестного тока У с учетом относительной погрешности измерения. Р е ш е и и е. Цена деления шкалы г = / /а = 0,6/30 = 0,02А/дел. 1 иом макс Измеренное значение тока 1„= с а =25 . 0,02 = 0,5 А (а — число делений, на которое отклонилась стрелка). Относительная погрешность измерения 6 =КЕ /1 =1. 0,6 /0,5 =1,2;4. дтвет:результат измерений 1 =./ (1+ 5 /100) = 0,5 (1+ 1,2/100) = 0,500+ 0,006А. Задача 1.7.
Для измерения мощности в цепи постоянного тока использован ватгметр с верхними пределами измерения: по току У = 1 А,по иа- ном пряжению Г =150 В. Сопротивление последовательной цепи ва1тметра Я = 0,2 Ом, сопротивление параллельной цепи ватгметра А = 5000 Ом Й о какой схеме (рис. 1.16) следует включить обмотки ваттметра, чтобы при токе в нагрузочном резисторе 1=1А и напряжении на нем Е/ =100 В получить наименьшую возможную относительную погрешность результата измерения мощности? Рис. ! 15 К задаче ! б а) б) Рис ! !б К задаче! 7 Р е ш е н и е. При включении по схеме рис. 1,16, а мощность Р = У 1= (й2'-Г ),г' = Е! 1+ У 2Я„=100 . 1 + 1~. 0 2 = 100 2 Вт, где à — падение напряжения в токовой цепи ваттметра. 21 При включении по схеме рис 1.16, б мощность Р=131+Г1„=!00.! + 100.
0,02 = 102 Вт. Принимая Р = Г1 = 100-1 = !00 Вт за истинное значение, для и относительной погрешности результата измерения мощности имеем: при включении по схеме рис.1.16, гг 0 ОР ~00 100 2 — ~00 100 02,, Р ~00 при включении по схеме рис. 1.16, 6 ЛР !00 102 — 100 !00 202 Р 100 Огггвеиг: Надо включать ваттметр по схеме рис ! 16,гг и В * с',мА ' в ! иА Ц,В гоп гап еа а 5 гп гй га смс Рис ! 17 К задаче ! 8" 26 Задача 1.8*.
На рис. 1.17, 1.18 представлены злектрические сигналы несинусоидальной формы. Определить результаты измерения напряжения и тока приборами магнитозлектрической, злектромагнитной и выпрямительной систем без учета погрешностей. Исходные данные и ответы приведены в табл 1.3 Таблица!3 Р Ю 1Р агР т,нс и) Рис. ! 18. К задаче 1.8* Задача 1.9. Электродинамический ваттметр Д50!б/2 имеет два предела измерения по току (1 =2,5; 5А) и шесть — по напряжению нам (У =30;75;150;300;450;бОО В).
Шкала ваттметра односторонняя с чис- и лом делений а =150. Определить цену деления ваттметра С,. макс Отве1н приведен в табл. 1.4 Т а б л и ц а 1.4. Задача 1.10. Определите входное сопротивление электростатического вольтметра при частотах 50,1000, 5000, 10000, 50000 и 100000 Гц, если входная емкость его равна С = 30 пФ.
вк Ответ приведен в табл. 1.5. Таблица1.5 1.4. ИЗМЕРЕНИЕ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ Измерение посгоянного и переменного токов. Для измерения тока в каком-либо элементе электрической цепи последовательно с ним включают измеритель тока — амперметр (рис. 1.19). При измерении малых постоянных токов (менее 1О а А) используются прямые и косвенные методы измерения. В первом случае ток измеряют приборами непосредственной оценки, например магнитоэлектрическими микроамперметрами.
Для увеличения чувствительности применяют усилители постоянного тока. Более точным, но и более сложным является косвенное измерение тока, при котором в измерительную цепь включают резистор с известным сопротивлением Н и на нем измеряют падение напряжения Е' компенса- о ционным методом, Искомый ток находят по формуле Х = Ь„И„. 27 и) б) Рис ! !9 Измерение тока амперметром Рис ! 20 Измерение напряжения компенсационным методом На рис. 1.20 показана принципиальная схема измерения напряжения Г компенсационным методом. В верхнем контуре под действием ЭДС вспомогательного источника питания Е создается рабочий всп ток 1 . Его значение регулируется резистором А и устанавливается Р рег с использованием нормального элемента Е , ЭДС которого известнэ' на с высокой точностью.
Регулировкой сопротивления резистора Я рег добиваются отсутствия тока в нуль-индикаторе НИ (переключатель П в положении 1). В этом случае справедливо равенство ~р~у Е э' где Я, — сопротивление образцового резистора. Поскольку ЭДС нормального элемента и значение сопротивления Я, известны с высокой точностью, то значение 1 = Е Иу получают р нэ также с высокой точностью. В положении 2 переключателя П измеряемое напряжение У сравнивается с компенсирующим напряжением У ', сох к' здаваемым током У на компенсирующем сопротивлении Я '.
При отсутр К ствии тока в НИ напряжение Р уравновешено напряжением У ', т.е. х к' ~У =У '=У Д '=Е . Д 'Д~ (1.20) Из этого выражения видно, что точность измерения У определяется точностью сравнения его с У, т.е. чувствительностью НИ и неизменностью рабочего тока 1, т.е. стабильностью Е . В свою очер' всп' редь, точность С~„зависит от точности изготовления резистора Я '. к' Выпускаемые промышленностью компенсаторы имеют следующие классы точности: 0,0005; 0,001; 0,002; 0,005; 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
