Принцип действия, основы теории и применения измерительных механизмов.

1)Работа магнитоэлектрических ИМ основана на принципе взаимодействия катушки с током и магнитного потока постоянного магнита. Один из взаимодействующих элементов - подвижная - катушка (рамка) с током или постоянный магнит. Достоинства магнитоэлектрических ИМ: высокая чувствительность (ИМ обладает сильным собственным магнитным полем, поэтому даже при малых токах создается достаточный вращающий момент); большая точность (из-за высокой стабильности элементов ИМ, незначительного влияния внешних магнитных полей); незначительное влияние на режим измеряемой цепи, так как мощность потребления ИМ мала; хорошее успокоение; равномерность шкалы. Недостатки ИМ: сложность изготовления; плохая перегрузочная способность, обусловленная легким перегревом пружин и изменением их свойств; температурные влияния на точность измерения.

Магнитоэлектрические ИМ применяют:

● в многопредельных, широко диапазонных магнитоэлектрических амперметрах, вольтметрах для непосредственных измерений в цепях постоянного тока;

● в гальванометрах - высокочувствительных измерительных приборах с неградуированной шкалой как для непосредственных измерений малых электрических токов 10~5-10~12 А, напряжений менее 10~4 В, зарядов, так и для обнаружения тока или напряжения в разнообразных мостовых и компенсационных цепях;

● в светолучевых осциллографах (вибраторах) при наблюдении и записи мгновенных значений тока, напряжения, мощности, частота которых может быть от единиц герц до 10-15 кГц, а также различных неэлектрических величин, преобразованных в электрические;

● в аналоговых омметрах, электронных вольтметрах, термоэлектрических амперметрах, вольтметрах, электронных частотомерах, фазометрах;

● в комбинированных аналоговых вольтметрах, в которых магнитоэлектрические ИМ совместно с выпрямительными преобразователями используются при измерениях переменного тока, напряжения;

● в логометрах (двухрамочных механизмах), используемых в омметрах, частотомерах и т. д.

2)Измерительные механизмы электродинамических приборов основаны на принципе взаимодействия магнитных потоков двух катушек, по которым протекают токи. Измерительные механизмы состоят из пары неподвижных катушек (круглой или прямоугольной формы), соединенных последовательно. Внутри этих катушек на оси находится бескаркасная подвижная катушка (рамка). Для подвода тока в подвижную катушку и создания противодействующего момента применяют спиральные пружины.

Чтобы получить вращающий момент, используют электромагнитную энергию системы из двух катушек, по которым протекают постоянные токи.

Достоинства электродинамических ИМ - высокая точность и возможность использования их в цепях постоянного и переменного токов.

Недостатки - малая чувствительность, влияние внешних магнитных полей на показания ИМ (слабое собственное магнитное поле), большая мощность потребления, ограниченный частотный диапазон (до 1,5 кГц).

Электродинамические ИМ используют в амперметрах, вольтметрах, ваттметрах при лабораторных измерениях в цепях постоянного и переменного токов промышленной частоты.

3)В электромагнитных ИМ для создания вращающего момента используют действие магнитного поля катушки с током на подвижный пермаллоевый лепесток, эксцентрично насаженный на оси прибора. Противодействующий момент создается спиральной пружиной.

Достоинства электромагнитных приборов - простота и надежность, хорошая перегрузочная способность и одинаковая пригодность для измерений в цепях постоянного и переменного токов.

Недостатки - большое собственное потребление энергии, невысокая точность (при измерениях в цепях постоянного тока сказывается явление гистерезиса в ферромагнитном лепестке), малая чувствительность, влияние внешних магнитных полей из-за слабого собственного магнитного поля.

Электромагнитные приборы применяют в качестве измерителей тока и напряжения преимущественно в цепях переменного тока промышленной частоты в виде щитовых приборов классов 1,0 и 1,5 и многопредельных лабораторных классов 0,5 и 1,0. Использование их в цепях повышенной и высокой частот недопустимо из-за больших дополнительных частотных погрешностей.

4)Принцип работы электростатических измерительных приборов основан на взаимодействии электрически заряженных электродов, разделенных диэлектриком. Конструктивно электростатические приборы представляют собой разновидность плоского конденсатора, так как в результате перемещения подвижной части изменяется емкость системы. Практическое применение нашли приборы с поверхностным механизмом (изменение емкости осуществляется за счет изменения активной площади электродов) и с линейным механизмом (изменение емкости осуществляется за счет изменения расстояния между электродами).

Достоинства электростатических приборов - высокое входное сопротивление; малая, но переменная входная емкость; малая мощность потребления; возможность использования в цепи как постоянного, так и переменного токов; широкий частотный диапазон; независимость показаний от формы кривой измеряемого напряжения. Показания прибора соответствуют среднеквадратическому значению измеряемого напряжения.

Недостатки - квадратичная шкала; малая чувствительность из-за слабого собственного электрического поля; невысокая точность; возможность пробоя между электродами; необходимость экрана.

Электростатические вольтметры применяют для измерения в цепях с маломощными источниками и при лабораторных исследованиях в цепях высокого напряжения. В совокупности с электронными усилителями их используют как высокочувствительные электрометры и вольтметры переменного тока.

 

БИЛЕТ № 14 1. Магнитоэлектрические и электромагнитные механизмы для измерения силы тока и напряжения. Схемы включения ваттметров. Работа магнитоэлектрических ИМ основана на принципе взаимодействия катушки с током и магнитного потока постоянного магнита. Один из взаимодействующих элементов - подвижный - катушка (рамка) с током или постоянный магнит. Достоинства магнитоэлектрических ИМ: высокая чувствительность (ИМ обладает сильным собственным магнитным полем, поэтому даже при малых токах создается достаточный вращающий момент); большая точность (из-за высокой стабильности элементов ИМ, незначительного влияния внешних магнитных полей); незначительное влияние на режим измеряемой цепи, так как мощность потребления ИМ мала; хорошее успокоение; равномерность шкалы. Недостатки ИМ: сложность изготовления; плохая перегрузочная способность, обусловленная легким перегревом пружин и изменением их свойств; температурные влияния на точность измерения.

Магнитоэлектрические ИМ применяют:

● в многопредельных, широко диапазонных магнитоэлектрических амперметрах, вольтметрах для непосредственных измерений в цепях постоянного тока;

● в гальванометрах - высокочувствительных измерительных приборах с неградуированной шкалой как для непосредственных измерений малых электрических токов 10~5-10~12 А, напряжений менее 10~4 В, зарядов, так и для обнаружения тока или напряжения в разнообразных мостовых и компенсационных цепях;

● в светолучевых осциллографах (вибраторах) при наблюдении и записи мгновенных значений тока, напряжения, мощности, частота которых может быть от единиц герц до 10-15 кГц, а также различных неэлектрических величин, преобразованных в электрические;

● в аналоговых омметрах, электронных вольтметрах, термоэлектрических амперметрах, вольтметрах, электронных частотомерах, фазометрах;

● в комбинированных аналоговых вольтметрах, в которых магнитоэлектрические ИМ совместно с выпрямительными преобразователями используются при измерениях переменного тока, напряжения;

● в логометрах (двухрамочных механизмах), используемых в омметрах, частотомерах и т. д.

2) В электромагнитных ИМ для создания вращающего момента используют действие магнитного поля катушки с током на подвижный пермаллоевый лепесток, эксцентрично насаженный на оси прибора. Противодействующий момент создается спиральной пружиной.

Достоинства электромагнитных приборов - простота и надежность, хорошая перегрузочная способность и одинаковая пригодность для измерений в цепях постоянного и переменного токов.

Недостатки - большое собственное потребление энергии, невысокая точность (при измерениях в цепях постоянного тока сказывается явление гистерезиса в ферромагнитном лепестке), малая чувствительность, влияние внешних магнитных полей из-за слабого собственного магнитного поля.

Электромагнитные приборы применяют в качестве измерителей тока и напряжения преимущественно в цепях переменного тока промышленной частоты в виде щитовых приборов классов 1,0 и 1,5 и многопредельных лабораторных классов 0,5 и 1,0. Использование их в цепях повышенной и высокой частот недопустимо из-за больших дополнительных частотных погрешностей.

Рисунок 1. Схемы включения ваттметра: а — непосредственно в сеть правильно, б — неправильно, в — в сеть с большим напряжением и большим током.