УЭ 6.1-3. Измерение действующих значений переменных токов и напряжений электромагнитными, электродинамическими, ферродинамическими и электростатическими приборами

Ранее было отмечено, что электромагнитные, электродинами­ческие, ферродинамические и электростатические измерительные механизмы могут быть использованы для измерений действующих значений переменного тока и напряжения, и указаны верхние пределы токов и напряжений, непосредственно измеряемых эти­ми механизмами.

Расширение пределов измерений перечисленных измеритель­ных механизмов по току осуществляется с помощью измерительных трансформаторов тока, так как падение напряжения в этих механизмах в несколько раз больше, чем в магнитоэлектрических, поэтому шунты получились бы громоздкими и дорогими.

Расширение пределов измерения по напряжению может быт достигнуто как с помощью добавочных сопротивлений, так и путем использования измерительных трансформаторов напряжения. Последние главным образом применяются при необходимости изо­ляции прибора от сети высокого напряжения.

Расширение пределов измерения электростатических измери­тельных механизмов производится с помощью добавочных конденсаторов.

Электромагнитные приборы в основном применяются в каче­стве щитовых приборов класса 1,5, а также лабораторных многопредельных приборов класса 0,5.

Электродинамические амперметры и вольтметры являются наи­более точными приборами на переменном токе. Они выпускаются только в качестве лабораторных приборов классов 0,1; 0,2 и 0,5.

Электромагнитные, электродинамические и ферродинамические приборы обычно градуируются (и поверяются) либо на пере­менном токе промышленной частоты, либо на постоянном токе. При измерении на повышенных частотах эти приборы имеют зна­чительную погрешность, обусловленную в основном индуктив­ностью катушек. Для работы на высоких частотах указанные при­боры не могут быть использованы.

На практике электростатические вольтметры могут быть ис­пользованы на любых частотах, за исключением малых частот (до 30...40 Гц), так как при малых частотах полное сопротивление Z измерительного механизма и добавочного конденсатора несколь­ко зависит от сопротивления изоляции, шунтирующего емкост­ное сопротивление.

Для измерения действующих значений переменных токов и напряжений также могут быть использованы термоэлектричес­кие приборы. Схемы цепи термоэлектрических приборов пред­ставлены на рисунке 6.3. Термоэлектрический прибор представляет

а б

Рисунок 6.3. Схемы цепи термоэлектрических приборов:

а — с единичной термопарой; б — с батареей термопар; 1 — термопара; 2 —

терморезистор, через который протекает измеряемый ток

собой магнитоэлектрический измерительный механизм Г (см. рис. 6.3, а — с единичной термопарой) в сочетании с термопа­рой 1, служащей для измерения температуры t проволоки (тер­мосопротивления) 2, через которую протекает измеряемый переменный ток I.

Угол отклонения а магнитоэлектрического измерительного ме­ханизма пропорционален термоЭДС Е_м, т.е.

где Si — чувствительность гальванометра к току; I_Г — ток термопа­ры гальванометра; Е_T — термоЭДС; R_Г — сопротивление измери­тельного механизма; R_T — сопротивление термопары; к — коэф­фициент пропорциональности.

ТермоЭДС Е_Т при постоянстве температуры свободных концов термопары является функцией температуры рабочего конца тер­мопары:

Температура t будет функцией теплоты, выделяемой измеря­емым током I, которая в свою очередь пропорционально квадрату тока:

и, следовательно, угол отклонения а = f(I²),т.е. является функ­цией действующего значения переменного тока I.

Характеристика шкалы не будет строго квадратичной, так как температураI терморезистора определяется тепловым равновеси­ем проволоки, т.е. потерями выделяемой теплоты, зависящими от многих факторов.

Если измеряемый ток мал, то мало и значение термоЭДС. В этом случае можно использовать батарею из нескольких термопар (см. рис. 6.3, б).

Однако непосредственный контакт рабочих концов термопар с терморезистором невозможен, ибо термопары оказались бы замк­нутыми накоротко. Поэтому рабочие концы термопар обычно изо­лируются от терморезисторов каплей стекла.

Терморезистор часто называют нагревателем, а сочетание на­гревателя с термопарой — термопреобразователем. Терморезистор (нагреватель) обычно выполняется из константана или из сплава платины с родием. В качестве термопары чаще всего применяется термопара хромель — копель.

Индуктивность терморезистора очень незначительна, поэтому основное применение термоэлектрические приборы получили для измерения токов высокой частоты (в мегагерцах — МГц).

Дата добавления: 2014-01-20