Лекции по метрологии (866861), страница 7
Текст из файла (страница 7)
шкала равномерная.При изменении направления тока I изменяется направление отклоненияподвижной части измерительного механизма; при включении его в цепьпеременного тока из-за инерционности его подвижной части стрелкаприбора не отклоняется. В магнитоэлектрических измерительных приборахуспокоение подвижной части индукционное и электромагнитное. Приотклонении подвижной части в поле постоянного магнита в алюминиевомкаркасе рамки, а также в витках обмотки рамки, замкнутой на внешнеесопротивление, индуцируются токи, создающие совместно с полемпостоянного магнита тормозной момент, быстро успокаивающийподвижную часть.К достоинствам магнитоэлектрических измерительных механизмовотносят: высокую чувствительность (измерительный механизм обладаетсильным собственным магнитным полем, поэтому даже при малых токах45IID11создаётся достаточный вращательный момент); большую точность (из-завысокой стабильности элементов измерительных механизмов,незначительного влияния внешних магнитных полей); незначительноевлияние на режим измеряемой цепи, так как мощность потребленияизмерительных механизмов мала; хорошее успокоение; равномерностьшкалы.Электромагнитные измерительные приборы.Вращающийся момент возникает в результате взаимодействия магнитногополя, создаваемого обмоткой, по которой проникает измерительный ток сферромагнитным сердечником.Катушка стремится втянуть сердечник внутрь, в результате чеговозникает вращательный момент, поворачивающий стрелку.Противодействующий момент создаётся спиральной пружиной.
Дляуспокоения применяется постоянный магнит или воздушный демпфер.Магнитная энергия, запасённая катушкой»; /F±˜ 1 F» /1 / F»±˜ =, Bвр ==; ,œ =;2Fœ2 Fœ2sпр FœУгол поворота пропорционален квадрату тока и производнойиндуктивности по углу поворота. Соответствующим выбором законаизменения производной, можно сделать шкалу прибора, близкую кравномерной.462К недостаткам измерительных механизмов относят: сложностьизготовления, плохую перегрузочную способность, обусловленную легкимперегревом пружин и изменением их свойств; температурные влияния наточность измерения.IID11Знак угла поворота подвижной части не зависит от направления тока вобмотке, т.е. прибор электромагнитной системы может использоваться вцепях как постоянного, так и переменного токов. При этом отклонениестрелки в цепях переменного тока пропорционально действующемузначению тока.472К достоинствам электромагнитных приборов следует отнести простоту инадёжность, хорошую перегрузочную способность и одинаковуюпригодность для измерений в цепях постоянного и переменного тока, кнедостаткам - большое собственное потребление энергии, невысокуюточность (при измерениях в цепях постоянного тока сказывается явлениегистерезиса в ферромагнитном сердечнике), малую чувствительность,влияние внешних магнитных полей из-за слабого собственного магнитногополя.Механизмы этих приборов работают на принципе взаимодействиямагнитных потоков двух катушек, по которым протекают токи.Измерительный механизм состоит из неподвижной катушки и подвижнойкатушки, ось которой жёстко соединена со стрелкой.
Подвижная катушканаходится внутри неподвижной. Для подвода тока в подвижную катушку исоздания противодействующего момента применяют спиральныепружинки.Запасенная в системе электромагнитная энергия11±э = ; / » + ;// »/ + ; ;/ B22где » , »/ - индуктивности катушки,B - взаимная индуктивность.При повороте подвижной катушки на угол œ изменяется взаимнаяиндуктивность M, зависящая от формы и взаимного расположениякатушек, а индуктивности » и »/ остаются постоянными.Bвр = ; ;/œ=FBFœ1FB; ;/sпрFœ482Электродинамические измерительные приборы.11IIDЛекция №8.IIDFBFœ2)( ) = - -/11При включении электродинамического механизма в цепь переменного токамгновенное значение вращающего моментагде - = ;˜ sin(¶ + ¿ ) , -/ = ;˜/ sin(¶ + ¿/ ) - мгновенные значения токовв катушках; ¿ , ¿/ - начальные углы сдвига фаз.Среднее значение вращающего момента за период, на который реагируетподвижная часть механизма:Bвр =1À] )( )F = ; ;/FBFœ¿где ; , ;/ - действующие значения токов в катушках; ¿ = ¿ − ¿/ - уголсдвига фаз между токами ; , ;/ .œ=1;;sпр /¿FBFœВеличина вращающего момента пропорциональна произведению токов.
Приодновременном изменении направления обоих токов знак угла поворота неизменяется. Поэтому электродинамические приборы могут применяться вцепях переменного и постоянного тока. Характер шкалы прибора зависитот функции изменения производной взаимной индуктивности. Путёмподбора этого закона шкалу можно приблизить к равномерной. В отличиеот ранее рассмотренных приборов электродинамические приборы являютсямножительным устройством и обладает фазовой чувствительностью.Применяются три схемы включения неподвижной и подвижной катушек последовательная, параллельная и независимая. Первые две используются вамперметрах и вольтметрах, третья - в ваттметрах и фазометрах.К достоинствам электромагнитных приборов относят высокую точность,возможность использовать в цепях постоянного и переменного тока; кнедостаткам - малую чувствительность; влияние внешних магнитных полейна показания ИМ (слабое собственное магнитное поле); большую мощностьпотребления; ограниченный частотный диапазон (до 1,5 кГц).Существует разновидность электродинамических приборов, которыеназываются ферродинамические.
Они отличаются наличиеммагнитопровода, выполненного из ферромагнитных материалов. Этопозволяет усилить собственное магнитное поле, увеличить вращающиймомент и, следовательно, повысить чувствительность. При этом несколькоснижается точность измерений.4911IIDПриборы электростатической системы.2Принцип работы электростатических измерительных приборов основан навзаимодействии электрически заряжённых электродов, разделенныхдиэлектриком.
Конструктивно электростатические приборыпредставляют собой разновидность плоского конденсатора, у которого врезультате перемещения подвижной части изменяется ёмкость.Энергия электростатического поляBвр:/±э =2F±э : / F==∙Fœ2 FœПодвижные электроды втягиваются до тех пор, пока вращающий моментне станет равен противодействующему моменту.œ=1F:/2sпрFœШкала прибора квадратичная, поэтому изменение полярностиприложенного напряжения не изменяет направления вращения.
Приприложенном переменном напряжении прибор реагирует на среднеезначение момента за периодBвр1 ÀF /1F /=]Á ( )F =:2Fœ2 Fœгде U - среднеквадратичное значение напряжения. Достоинстваэлектростатических приборов - высокое входное сопротивление; малаяёмкость; малая мощность потребления; возможность использования как и вцепи постоянного, так и в цепи переменного токов; широкий частотный5011IIDдиапазон, независимость показаний от формы кривой измеряемогонапряжения.Электростатические вольтметры применяют для измерения в цепях смаломощными источниками и при лабораторных исследованиях в цепяхвысокого напряжения.В совокупности с электронными усилителями их используют каквысокочувствительные электрометры и вольтметры переменного тока.Индукционные приборы.Принцип работы этих приборов заключается в использованиивзаимодействия переменных магнитных потоков электромагнитов с индуктированными ими в подвижной части (обычно в алюминиевом диске)токами.
Для создания вращательного момента необходимо иметь не менеедвух переменных магнитных потоков, сдвинутых по фазе и смещённых впространстве.Магнитные потоки Ф и Ф/ электромагнитов 1 и 2, создаваемыепеременными токами ; и ;/ , пронизывают алюминиевый диск подвижнойчасти, расположенный в зазорах магнитопровода и наводят в дискесоответственно токи ;д и ;д/ . Можно показать, что среднее значениевращающего момента, действующего на диск, зависит от частоты f токов; и ;/ , значений потоков Ф и Ф/ и сдвига фаз между ними (угол ¿).Bср = `8Ф Ф/ - ¿ = `8; ;/ - ¿512К недостаткам можно отнести квадратичную шкалу, малуючувствительность из-за слабого собственного электрического поля;невысокую точность; возможность пробоя между электродами;необходимость экрана от внешних электростатических полей.IID11Магнитоиндукционное успокоение осуществляется постоянным магнитом идиском.
Такие индукционные измерительные механизмы (ИМ) в основномприменяются в интегрирующих приборах (счётчиках электрической энергиипеременного тока). Одна из обмоток прибора соединена последовательно снагрузкой, а другая параллельно. Обмотка, включенная последовательно,имеет малое число витков, и, следовательно, малую индуктивность, ток вней тот же, что и в нагрузке и имеет нулевую фазу.
Обмотка, включеннаяпараллельно, выполнена с большим числом витков (имеет большуюиндуктивность). Поэтому она не шунтирует нагрузку, а ток, протекающийв ней, сдвинут по фазе на 90°, по сравнению с током в нагрузке, т.е.создаются необходимые условия для максимума вращающего момента.Биметаллические тепловые приборы.Биметаллические пружины 1, 3 изготовлены из 2-х полосок различныхметаллов, сваренных между собой. Так как эти металлы имеют различныйкоэффициент температурного расширения при нагревании, пружинадеформируется, что приводит к повороту стрелки прибора. Пружина 1 компенсационная биметаллическая, ТЭ - тепловой экран, 3 - рабочаябиметаллическая пружина, 2 - безмоментная токоподводящая пружина.Биметаллический механизм приводится в движение вращающим моментом,который возникает в случае разности температур пружин 1, 3.
Этаразность температур имеет место при протекании тока по рабочейпружине 3. Биметаллический механизм очень инерционный, он не реагируетна кратковременные изменения тока, выдерживает большиекратковременные перегрузки. Система мощная и стрелка может работатьв качестве пера самописца. Шкала прибора квадратичная. Такие приборыприменяются в самописцах, в цепях постоянного и переменного тока.522Если нагрузка является чисто реактивной, то в ней имеет место сдвиг пофазе на 90° между токами и напряжением и вращающий момент равеннулю. В случае активно-реактивной (комплексной) нагрузки прибор такоготипа измеряет только активную мощность.11IIDТермоэлектрические приборы.Существуют следующие виды термопар:1. Контактная термопара. В ней измеряемый ток идёт по проволокенагревателя, к которой приварены оба элемента термопары.Недостатком контактных термопар является сложная технологияизготовления, т.к.
три проволоки должны быть сварены в точкедиаметром менее 0,05 мм и наличие гальванической связи между входной ивыходной цепями.2. Бесконтактная термопара. Тепловой контакт с нагревателем в нейосуществляется через стеклянную бусину, а электрический контактотсутствует. Достоинством такой термопары является возможностьизмерения высокого напряжения, а также высокочастотного сигнала,недостаток - меньшая чувствительность.3.
Для повышения чувствительности применяют бесконтактныетермобатареи.Общими недостатками термоэлектрических преобразователей являются:недопустимость даже кратковременных перегрузок, небольшой срокслужбы, тепловая инерционность, значительное собственное потреблениемощности.532Основаны на том, что при нагревании контакта разнородных металловвозникает Э.Д.С. Такие приборы сочетают в себе нагреватель и одну илинесколько термопар, в которых под действием тепла, выделяемого внагревателе измеряемым током, возникает термоэлектродвижущая сила.Нагреватель изготовляют из константана, нихрома, вольфрама, платины идругих жаростойких материалов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
