Тема 4 электромеханические измерительные приборы (ИП)

ЧАСТЬ 2 ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА

основы теории; магнитоэлектрические; электромагнитные» электродинамические;

электростатические; индукционные ИП

1. ОСНОВЫ ТЕОРИИ

Назначение ИП - преобразовать входную величину (ток, напряжение, мощность) в численное значение (число делений, число мм)

Принцип действия - Измерительная цепь преобразует измеряемую величину (например, напряжение) в величину, создающую вращающий момент (например, ток).

Измерительный механизм преобразует этот ток в момент вращающий, зависящий от измеряемой величины, поворачивающий указатель (стрелку, луч света).

Измерительный механизм создает (например, пружиной) момент противодействия, зависящий от угла поворота.

Установившееся положение указателя наступит, когда моменты вращающий и противодействия равны.

Оно оценивается количественно отсчетным устройством (шкалой).

Математическая модель

Вращающий моментМ _В =М(х) (например, М _В= k х)

Момент противодействия М_ПР= М(a) (например, М_ПР= сa)

Установившееся положение указателя наступит, когда М_В= М_ПР Þ М(х)= М(a)

Например, k х = сa, Тогда

Прибор, в котором М _ПР создается не пружиной, а также, как и М _В, называется логометр.

2. МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ (ИМ)

Назначение – точное измерение постоянных величин

Принцип действия – рамка с током отклоняется моментом сил взаимодействия измеряемого тока и магнитного потока.Момент противодействующий создается пружиной.

Математическая модель

Вращающий момент М _вр =BswI Противодействующий момент М_ПР= c a Þ a= BswI/c =SI.

Здесь В – индукция, Вс/м²; s -площадь рамки, м²; w –число витков; I -ток в рамке, А. c – упругость, Нм/град; S – чувствительность, град/A.

МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЛОГОМЕТР

Принцип действия

Тот же, но противодействующий момент создается не пружиной, а другой рамкой с током.

Математическая модель

Вращающий момент М _В =B ₁(a) s ₁ w ₁ I ₁

Противодействующий момент М _ПР =B ₂(a) s ₂ w ₂ I ₂

Þ a= a (I₁/I₂) –угол отклонения стрелки есть функция отношения токов в рамках.

Особенности

· большая чувствительность,

· малое собственное потребление мощности,

· способность измерять только постоянную составляющую тока.

3. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ИМ

Назначение – измерение постоянных и переменных электрических величин

Принцип действия – Ферромагнитный якорь втягивается в катушку, по которой протекает измеряемый ток. Противодействующий момент создается пружиной.

Математическая модель

Вращающий момент М _вр =kI ²

Противодействующий момент М_ПР= c a Þ a= a (I ²) – угол отклонения стрелки есть функция квадрата измеряемого тока. Равномерную шкалу получают выбором формы якоря.

М_В

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ЛОГОМЕТР

Принцип действия

Катушки создают вращающий и противодействующий моменты, зависящие от тока и угла поворота.

Математическая модель

М _В= М _В(I _B,a), М _ПР= М _ПР(I_ПР,a)

a = a(I _B/ I _ПР)

Особенности электромагнитных ИП

· сравнительно низкая чувствительность,

· большое собственное потребление мощности,

· способность измерять переменные и постоянные величины.

· высокая надежность

4. ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЙ ИМ

Назначение – измерение постоянных и переменных величин

Принцип действия – вращающий момент обусловлен силами взаимодействия тока подвижной катушки с током неподвижной. Момент противодействия создает пружина.

Математическая модель

Вращающий момент M =k I ₁ I ₂cosj

Þ Противодействующий момент М_ПР= c a

Þ a º I ₁ I ₂cosj (º - знак «пропорционально»)

здесь j - угол сдвига фаз между токами I ₁ и I ₂ при измерении переменных величин.

ЛОГОМЕТРЫ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЕ

имеют две подвижные катушки, отклонение стрелки пропорционально отношению токов через подвижные катушки и сдвигу фаз между ними.

Особенности электродинамических ИМ-

· высокая точность на постоянном и переменном токах, это наиболее точный прибор для измерения переменных величин;

· большое собственное потребление мощности.

6. ФЕРРОДИНАМИЧЕСКИЙ ИМ

То же, что электродинамический, но неподвижные катушки имеют магнитопровод, позволяющий увеличить магнитный поток при том же измеряемом токе.

6. ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ ИМ

Назначение – измерение напряжения постоянного и переменного

Принцип действия

Вращающий момент обусловлен электрическим полем, созданным между электродами измеряемым напряжением. Момент противодействия – пружиной.

Математическая модель

Вращающий момент M _В= kU ²

Противодействующий момент М _ПР = c a.

Þ a= a (U ²) – угол отклонения стрелки есть функция квадрата измеряемого напряжения.

Равномерную шкалу получают выбором формы электродов.

Особенности

· чувствительность мала

· собственное потребление мощности на постоянном токе отсутствует, на переменном мало.

7. ИНДУКЦИОННЫЙ ИМ

Назначение – измерение электрической энергии

Принцип действия

Вращающий момент обусловлен взаимодействием тока в диске, индуктированного обмоткой напряжения, с магнитным потоком обмотки тока.

Противодействующий момент создается постоянным магнитом.

Математическая модель

Вращающий момент M _В=kUIcosj= P

Противодействующий момент М _ПР = c da/dt

M _В= М _ПР Þ a = (k/c)ò Pdt = (k/c)W

Погрешность счетчика d=D_w/W=(C_н-С)/C

С_н и С – номинальная и действительная постоянные счетчика (кВт-ч/оборот диска)

Особенности

o компенсация сопротивления механизма дополнительным моментом, не зависящим

от измеряемой величины.

o при напряжении, отличающемся от номинального, возможно вращение диска при отсутствии тока - «самоход». Его не должно быть при напряжениях 0,8¸1,1U_н

Принцип действия к.з. кольцо создает составляющую магнитного потока, отстающую по фазе. В результате в диске возникает момент, не зависящий от мощности, а только от напряжения. Этот момент компенсирует сопротивления механизма.

Дата добавления: 2013-12-12