Измерение электрических величин электроизмерительными приборами

Условное обозначение единицы измерения (или измеряемой величины) либо начальные буквы наименования прибора.

Род измеряемой величины	Название прибора	Условное обозначение
Ток	Амперметр Миллиамперметр Микроамперметр
Напряжение	Вольтметр Милливольтметр	V mV
Электрическая мощность	Ваттметр Киловаттметр	W kW
Электрическая энергия	Счетчик киловатт - часов
Сдвиг фаз	Фазометр
Частота	Частотометр	Нz
Электрическое сопротивление	Омметр Мегомметр

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПРИБОРЫ

Принцип действия приборов электромагнитной системы основан на взаимодействии магнитного поля катушки, создаваемого измеряемым током, со стальным сердечником, помещенным в это поле. Неподвижная катушка 1состоит из каркаса с навитой изолированной медной проволокой или медной лентой. При протекании измеряемого тока по обмотке катушки в ее плоской щели 2 создается магнитное поле. Вне катушки на агатовых подпятниках устанавливается ось 3 с эксцентрично укрепленным сердечником 4 из магнитомягкой стали со стрелкой 5. Магнитное поле катушки намагничивает сердечник и втягивает его внутрь щели, поворачивая тем самым и ось со стрелкой прибора. Этому повороту препятствует закручивающаяся спиральная пружина 6, создающая противодействующий момент.

Пусть катушка с током создает магнитное поле, которое намагничивает фасонный стальной сердечник и создает некоторую силу, стремящуюся повернуть сердечник вокруг оси. При перемещении точки С сердечника по дуге будет совершена работа:

где R - радиус вращения точки С и - центральный угол, соответствующий дуге

.Работа совершается за счет энергии магнитного поля катушки, поэтому

= а учитывая, что, получим:

Полученный результат показывает, что шкала электромагнитного прибора неравномерная. Она, в основном, должна быть квадратичной, т. е. сжатой в начале и растянутой в конце. Однако путем придания фасонной формы сердечнику и расположением его в катушке (что приведет к изменению множителя) можно существенно улучшить характер шкалы, сделав ее практически разномерной в рабочей части.Направление отклонения стрелки прибора не зависит от направления тока в катушке, так как при изменении направлена тока одновременно изменяется направление магнитной индукции внутри катушки и в сердечнике, а характер их взаимодействия (притягивание) не изменяется. Этот же вывод следует и из выражения вращающего момента, в которое значение тока входит в квадрате. Поэтому приборы электромагнитной системы пригодны и для измерения переменных токов. При измерении переменного ^тока подвижная система прибора поворачивается на некоторый угол, определяемый средним значением вращающего момента за период. Определим вращающий момент подвижной системы прибора.Пусть измеряемый ток изменяется по закону

Тогда мгновенное значение вращающего момента равно,а среднее за период значение этого момента.Таким образом, среднее значение вращающего момента, действующего на подвижную систему электромагнитного прибора при измерениях переменного тока, пропорционально квадрату действующего значения переменного тока, т. е.. Квадратичная зависимость угла поворота подвижной системы электромагнитного прибора от тока имеет простое физическое объяснение: ток в катушке создает магнитное поле, которое намагничивает сердечник. В результате намагниченный сердечник взаимодействует с катушкой, при этом намагниченность сердечника изменяется вместе с изменениями тока в катушке.

Мы рассмотрели устройство и действие приборов с плоской катушкой. Помимо этой конструкции в настоящее время широкое применение получили так называемые приборы с круглой катушкой.

Измеряемый ток протекает по обмотке круглой катушки 1 и создает внутри нее магнитное поле, в котором помещаются два стальных сердечника: один -- неподвижный 2, прикрепленный к каркасу, другой -- подвижный 3, связанный с осью прибора.

Близлежащие концы сердечника под действием магнитного поля катушки намагничиваются одноименно и отталкиваются, вызывая соответствующий измеряемому току поворот подвижной системы. Очевидно, что приведенные рассуждения, относящиеся к приборам с плоской катушкой, справедливы и для приборов с круглой катушкой. Электромагнитные приборы применяются как амперметры и как вольтметры. В последнем случае обмотка выполняется большим числом витков тонкой медной проволоки. Применение стальных сердечников в электромагнитных приборах вызывает разные показания при измерениях в цепях постоянного и переменного токов, так как в цепях переменного тока добавляются потери на гистерезис и на вихревые токи. Поэтому электромагнитные приборы, как правило, градуируют либо для постоянного тока, либо для переменного. Для уменьшения погрешности от гистерезиса сердечники некоторых приборов (класс 0,2) изготовляют из специального сплава -- пермаллоя с особо малым значением коэрцитивной силы. Для исключения влияния внешних полей у некоторых электромагнитных приборов применяют астатические измерительные механизмы.Для успокоения колебаний подвижной системы в электромагнитных приборах с плоской катушкой применяют воздушные успокоители, а в приборах с круглой катушкой -- чаще магнитоин-дукционные

Достоинствами электромагнитных приборов являются: простота конструкции; способность выдерживать большие перегрузки, пригодность для постоянных и переменных токов, невысокая стоимость и возможность широкого использования в качестве щитовых приборов.Недостатки этих приборов -- неравномерная шкала, влияние внешних магнитных полей на показания приборов, малая чувствительность. Обозначение электромагнитных приборов:

4)Измерение неэлектрических величин электрическими методами

Приборы для измерения неэлектрических величин обладают преобразователем - это датчик, а их шкала отградуирована непосредственно в единицах измеряемых величин. Датчик преобразет какую-либо физическую величину в сигнал, подходящий для замеров, передачи, регистрации и воздействия им на управляемые процессы. Более широко используют датчики, действие которых сформировано на изменении электрического сопротивления, индуктивности, емкости - параметрические датчики, или на возникновении ЭДС вследствие теплового, механического, акустического, магнитного или оптического воздействия - генераторные датчики.

Параметрические датчики включают в цепь, содержащую источник тока и чувствительный измерительный прибор, который проводит регистрацию изменение силы тока, вызванное изменением сопротивления датчика.

Реостатные датчики - резисторы, изменяющие под влиянием механических воздействий на них сопротивление цепи, в которую они включены. Во время механического воздействия, например, на подвижный контакт реостата, сопротивление цепи и сила тока в ней изменяются, и прибор в результате сигнализирует о степени неэлектрического воздействия.

Проволочные датчики тензометры изменяют электрическое сопротивление вследствие деформации. Изготавливают тензометры из нихрома, константана или железохромалюминиевого сплава. Из этих материалов проволоку диаметром 0,02 - 0,04 мм закрепляют с помощью специального клея между двумя листами тонкой бумаги. Концы проволок тензометра крепко соединяют с медными проводниками, при помощи которых тензометр подключают в электрическую цепь. Воспринимая механическую нагрузку, тензометр деформируется, вследствие чего электрическое сопротивление проволоки изменяется.

Рис.7.5.Проволочный тензометр

Общий вид проволочноготензорезистора показан на рис. 5.6.Проволочная решетка, представляющая собой ряд петель 1, укреплена (с помощью клея или лака специального состава) к подложке 3, к ееконцам решетки припаяны (приварены) выводы 4. Тензорезистор приклеивается к объекту 2 и становится как бы одним целым, вследствие чего деформации объекта воспринимаются проволочной решеткой, являющейся чувствительным элементом этого преобразователя.

Индуктивные датчики в момент растяжения, сжатия, охлаждения или нагревания их сердечника изменяют свое индуктивное сопротивление. Индуктивные датчики подключают в цепь переменного тока. В процессе изменения индуктивного сопротивления датчика подобающим образом меняется и сила тока в цепи. То есть на момент действия определённой силы на подвижную часть сердечника сокращается зазор между ней и неподвижной частью сердечника, от этого меняется его индуктивность, а значит и значение индуктивного сопротивления. В конечном итоге в зависимости от этой силы изменяется сила тока в обмотке индуктивного датчика.

Рис.7.6.Конструкции индуктивного датчика

(а - с переменным воздушным зазором; б - с переменной площадью воздушного зазора: 1 - катушка индуктивности; 2 - сердечник; 3 - якорь)

Дата добавления: 2015-04-30