Системы электроизмерительных приборов

Классификация электроизмерительных приборов

14.1.1. Электроизмерительные приборы — это такие технические средства, которые вырабатывают сигналы измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем.

Электроизмерительные приборы можно классифицировать:

а) по роду измеряемой величины;

б) по физическому принципу действия измерительного механизма;

в) по роду тока;

г) по классу точности;

д) по типу отсчитывающего устройства;

е) по исполнению в зависимости от условий эксплуатации;

ж) по устойчивости к механическим воздействиям;

з) по степени защиты от внешних магнитных и электрических полей и др.

14.1.2. Электроизмерительные приборы дают возможность измерять как электрические, так и неэлектрические величины. На шкале приво­дится название прибора или начальная латинская буква измеряемой единицы. По роду измеряемой величины электроизмерительные приборы разделяются на следующие виды:

вольтметры (обозначаются буквой V);

амперметры (A);

ваттметры (W);

омметры (W);

счетчики энергии (kWh);

фазометры (j);

частотомеры (Hz) и др.

К условной букве может быть добавлено обозначение кратности основной единицы, например: милиамперметр — mA; киловольтмстр — kV и т. д.

14.1.3. По физическому принципу действия различают такие сис­темы электроизмерительных приборов:

а) магнитоэлектрическая; б) электромагнитная; в) электродинамическая; г) ферродинамическая; д)индукционная; е)электростатическая; ж) вибрационная и др.

Условные обозначения на шкале прибора характеризуют классифи­кацию приборов по роду тока: а) постоянный ток; б) переменный (однофазная система);в) постоянный и переменный;г) трехфазная система; д) трехфазная несимметричная система.

14.1.4. По классу точности электроизмерительные приборы клас­сифицируются соответственно стандартам. Класс точности обознача­ется цифрой, которая равна приведенной погрешности (в процентах), допускаемой прибором. Выпускают приборы таких классов точности: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0. В счетчиках электроэнергии классы точности следующие: 0,5; 1,0; 2,0; 2,5.

14.1.5. В зависимости от типа отсчитывающего устройства элек­троизмерительные приборы могут быть: показывающие; регистрирующие; самопишущие; печатающие; интегрирующие;

суммирующие.

Более распространены показывающие приборы, т. е. приборы не­посредственной оценки. Отсчитывающее устройство этих приборов со­стоит обычно из шкалы и указателя. Указателем может быть стрелка или световое пятно с черточкой. Такие показывающие приборы назы­ваются аналоговыми. Показания данных приборов — это непрерывная функция измеряемой величины. В цифровых электроизмерительных приборах показания приводятся в цифровом виде.

14.1.6. В зависимости от условий эксплуатации, диапазона рабочих температур и относительной влажности электроизмеритель­ные приборы разделяются на пять групп:

группа А (температура +10...+35°С, влажность 80);

группа Б (температура-30...+40°С, влажность 90);

группа В₁ (температура-40...+50°С, влажность 93);

группа В₂ (температура -50...+60°С, влажность 95);

группа В₃ (температура -50...+80°С, влажность 98).

14.1.7. По устойчивости к механическим воздействиям приборы подразделяются в зависимости от значения максимально допустимого ускорения при ударах и вибрациях (м/с²). По стандарту электроизмери­тельные приборы разделяются на группы:

обычные с повышенной прочностью (ОП);

нечувствительные к вибрациям (ВН);

вибропрочные (ВП);

нечувствительные к тряске (ТН);

тряскопрочные (ТП);

ударопрочные (У).

Обычные приборы группы ОП выдерживают ускорение до 15 м/с² .

По степени защиты от внешних магнитных и электрических полей приборы разделяются на 1 и II категории. От внешних полей при­боры защищаются экранами.

14.1.8. У большинства показывающих электроизмерительных при­боров подвижная часть устройства перемещается вследствие действия вращающего момента. Вращающий момент возникает в результате взаимодействия магнитных или электрических полей и до некоторой степени пропорционален измеряемой величине. В измерительном уст­ройстве всегда есть противодействующий момент, который создается механической или электромагнитной силой.

Для создания механического противодействия обычно используется спиральная пружина, иногда для большей чувствительности — подве­сы или растяжки.

Приборы, в которых создается электромагнитный противодейству­ющий момент, называют логометрами.

14.2.1. В приборах магнитоэлектрической системы вращающий момент создается в результате взаимодействия постоянного магнита с проводником с током. Подвижной частью может быть рамка с током или постоянный магнит, расположенный на оси.

Приборы магнитоэлектрической системы с подвижным магнитом являются приборами низких классов точности и применяются как указательные в транспортных средствах и др.

Электроизмерительные приборы с подвижной рамкой имеют высокую точность и применяются при более точных измерениях.

На рамку с током в магнитном поле действует электромагнитная сила. Поскольку сила определяется по закону электромагнитной силы, то и вращающий момент будет пропорционален току, протекающему в рам­ке. Если противодействующий момент создается пружиной

,

то угол поворота рамки (стрелки прибора) а пропорционален току в рамке

где m — удельный противодействующий момент,

с — постоянная величина.

Величина с = -называется чувствительностью прибора и характе­ризует класс точности.

Поскольку угол поворота стрелки пропорционален току, шкала при­боров магнитоэлектрической системы равномерная, что является пре­имуществом таких приборов.

Магнитоэлектрические приборы применяют для измерения постоянных токов и напряжений. Они могут также использоваться для измерения сопротивлений как гальванометры.

Амперметры и вольтметры магнитоэлектрической системы имеют высокий класс точности (до 0,1) и сравнительно небольшие внутрен­ние потери энергии.

Недостатком приборов этой системы можно считать непригод­ность к работе в цепях переменного тока, чувствительность к пере­грузкам и зависимость от окружающей температуры.

Магнитоэлектрическим прибором можно проводить измерения в це­пях переменного тока, если в цепь подвижной катушки включить пре­образователь переменного тока в постоянный.

14.2.2. Электроизмерительный прибор электромагнитной системы имеет неподвижную катушку и расположенную на оси ферромаг­нитную пластинку. Если в катушке протекает измеряемый ток, то со­зданное катушкой поле втягивает вглубь ферромагнитный лепесток.

Если измеряется величина в цепи постоянного тока, то вращающий мо­мент пропорционален квадрату тока. Если в катушке протекает синусо­идальный ток, то вращающий момент пропорционален квадрату дей­ствующего значения этого тока

где k — коэффициент пропорциональности.

Угол отклонения подвижной части также пропорционален квадрату тока

С помощью специальной формы ферромагнитного лепестка можно немного уменьшить неравномерность. Создают приборы, в которых шка­ла неравномерна только в начальной части.

Квадратичная пропорциональность означает, что направление откло­нения стрелки не зависит от направления тока, т. е. приборами электромагнитной системы можно измерять как в цепях постоянного, так и в цепях переменного тока.

Приборы электромагнитной системы могут непосредственно изме­рять значительные токи (до 300 А) и напряжения (до 600 В). Измери­тельный механизм амперметра на большой ток имеет катушку в виде одного витка медной шины. Электромагнитный вольтметр на большое напряжение имеет катушку с большим количеством витков провода малого сечения с дополнительными резисторами, которые компенси­руют температурные погрешности.

Точность электромагнитного прибора значительно ограничивается из-за наличия ферромагнитного сердечника и связанного с этим явле­ния остаточного намагничивания. Для уменьшения влияния гистерези­са (т. е. повышения класса точности прибора) сердечник изготовляют из специальных ферромагнитных сплавов (например, пермаллоев) с не­большой коэрцитивной силой.

Такие приборы имеют высокий класс точности, до 0,2. Основными приемуществами приборов электромагнитной систе­мы можно считать:

а) простоту, надежность, дешевизну;

б) возможность использования в цепях постоянного и переменного тока;

в) высокую перегрузочную способность.

К недостаткам приборов электромагнитной системы относят:

а) невысокую точность;

б) невысокую чувствительность;

в) большое собственное потребление электроэнергии (0,5... 15 Вт);

г) ограниченный частотный диапазон измеряемых величин;

д) неравномерность шкалы;

е) чувствительность к влиянию внешних магнитных полей.

Собственное магнитное поле прибора очень слабое, поэтому внеш­нее поле значительно влияет на его показания. Для уменьшения влия­ния внешнего поля измерительный механизм защищают стальным экраном. Значительно меньше влияет внешнее поле на приборы элект­ромагнитной системы с астатическим измерительным механизмом.

Астатический измерительный механизм имеет две неподвижные обмотки и два сердечника на одной оси. Обмотки включаются последо­вательно таким образом, что их потоки встречные, а действующие на сердечник моменты — согласные. В этом случае внешний магнитный поток усиливает вращающий момент одного сердечника и вместе с тем ослабляет момент второго сердечника. Поэтому в астатических элект­ромагнитных приборах общий вращающий момент не зависит от внеш­него магнитного поля.

Приборы электромагнитной системы применяются в промышлен­ных электротехнических устройствах низкой частоты и постоянного тока, а также (достаточно широко) как щитовые амперметры и вольт­метры классов 1,0; 1,5; 2,0.

14.2..3. Приборы электродинамической системы имеют измери­тельный механизм, состоящий из двух катушек: неподвижной и под­вижной. Неподвижная катушка имеет две секции, внутри которых на оси расположена подвижная катушка. При наличии тока в катушках воз­никают электромагнитные силы взаимодействия, стремящиеся повер­нуть подвижную катушку, т. е. вращающий момент пропорционален (для постоянных токов и соответствующей конструкции механизма) произ­ведению токов:

Если прибор включается в цепь синусоидального тока, то враща­ющий момент пропорционален произведению действующих значений тока и косинусу сдвига фаз между ними

Дата добавления: 2014-01-15