Сертификация в РФ 50 2 страница

, (2.7)

где L1, L2 – индуктивность неподвижной и подвижной катушек; M12 – взаимная индуктивность катушек.

Рис.2.4.1 – Электродинамические ИМ

Так как индуктивность катушек не зависит от угла поворота, поэтому вращающий момент, действующий на подвижную катушку 2

. (2.8)

При механическом создании противодействующего момента угол отклонения подвижной может быть определен по формуле

. (2.9)

При протекании по катушкам переменных токов сдвинутых по фазе на угол :

и . (2.10)

Мгновенное значение вращающего момента

. (2.11)

Так как подвижная часть ИМ реагирует на среднее значение М_ВР равное

, (2.12)

где I₁ и I₂ - действующие значения токов; y - угол сдвига фаз между векторами токов I₁ и I₂.

Угол отклонения подвижной части равен

. (2.13)

В электродинамических логометрических измерительных механизмах противодействующий момент создается электрическим способом. Подвижная часть такого механизма состоит из двух 2 и 3 (рисунок 2.4.2) жестко закрепленных между собой под определенным углом g катушек[3].

Рисунок 2.4.2 – Электродинамический логометрический ИМ

2.4.2 Область применения

Электродинамические приборы применяют в качестве: 1) ваттметров постоянного и переменного токов (ваттметры пере­менного тока делятся на однофазные, трехфазные и малокосинус­ные); 2) амперметров и вольтметров переменного тока и реже - постоянного; 3) фазометров (однофазных и трехфазных); 4) частотомеров; 5) фарадометров.

Электродинамические приборы характеризуются высоким классом точности (электродинамические ампер­метры, миллиамперметры, вольтметры и однофазные ваттметры класса точности 0,05; фазометры — класса 0,1; частотомеры и раз­личного типа ваттметры — класса 0,5). Как правило, точность сохраняется при переходе с постоянного тока на переменный, что позволяет выполнять градуировку на постоянном токе.

Высокая точность электродинамических приборов объясняется тем, что электродинамические ИМ не содержат ферромагнитных или других нелинейных элементов, наличие которых вызывает трудно компенсируемые погрешности. Показания электродинамических приборов отличаются также высокой стабильностью во времени. Высокая точность этой группы приборов позволяет использовать их в качестве образцовых при градуировке и проверке приборов других систем на переменном токе. Частотный диапазон применения электро­динамических приборов достигает (в расширенной области частот) для амперметров 10 кГц, для вольтметров и ваттметров — 5 кГц. Ваттметры имеют практически равномерную шкалу, амперметры и вольтметры — равномерную шкалу, начиная приблизительно с 15—20% ее номинального значения. По чувствительности электродинамические приборы уступают магнитоэлектрическим. Однако применение растяжек и светового указателя позволило улучшить этот параметр. Так, имеются миллиамперметры с током полного отклонения I_H = 1 мА (чаще всего I_H для этих приборов составляет 3 - 5 мА, а для приборов с установкой подвижной части на кернах I_H = 25 - 30 мА).

В основном электродинамические приборы применяют в ка­честве самых разнообразных ваттметров, а также высокоточных амперметров и вольтметров. Выпускают и комбинированные электродинамические приборы - ампервольтваттметры.

2.5 Ферродинамические ИП

2.5.1 Принцип работы ферродинамических ИП

В основе ферродинамических приборов лежит ферродинамический измерительный механизм. Принцип действия ферродинамического измерительного механизма заключается во взаимодействии магнитных полей двух систем проводников с токами, и по существу является разновидностью электродинамического механизма. Отличие заключается в том, что для увеличения чувствительности ИМ содержит магнитопровод из магнитно-мягкого материала.

Наличие магнитопровода значительно увеличивает магнитное поле в рабочем зазоре и при этом возрастает вращающий момент.

Рисунок 2.5.1 – Ферродинамический ИМ

В общем случае ИМ механизм включает в себя неподвижную катушку (катушку возбуждения), подвижную часть и магнитопровод. На рисунке 2.5.1 показан один из вариантов конструктивного исполнения ферродинамического ИМ. Магнитная цепь по устройству близка к магнитной цепи магнитоэлектрического ИМ, в котором постоянный магнит заменен электромагнитом. Вращающий момент ферродинамического ИМ возникает в результате взаимодействия подвижной катушки 1 с током и потока, создаваемого неподвижной катушкой 2. Подвижная часть соединяется с указателем 4. При протекании тока I₁ по неподвижной катушке и работе на линейном участке кривой намагничивания материала магнитопровода 3 индукцию в рабочем зазоре можно найти как

, (2.14)

где К₁ – коэффициент, зависящий от конструктивного исполнения ИМ.

Учитывая, что подвижная часть будет реагировать, вследствие своей инерционности, на среднее значение вращающего момента можно написать

, (2.15)

где S₂, n₂ и I₂ - площадь, число витков и ток подвижной катушки; I₁ и I₂ - действующие значения токов в неподвижной и подвижной катушке; cos(I₁, I₂) – косинус угла между векторами токов I₁ и I₂.

Если противодействующий момент создается при помощи упругих элементов, то для статического равновесия

(2.16)

α – угол отклонения подвижной части; К = К₁S₂n₂[3].

2.5.2 Область применения

Ферродинамические измерительные механизмы применяются в амперметрах, вольтметрах, ваттметрах, частотомерах и фазометрах. По сравнению с аналогичными приборами других систем они обеспе­чивают большой вращающий момент при сравнительно малых габаритах, что требуется, например, в самопишущих приборах или в приборах, предназначенных для работы в условиях тряски и вибрации, когда необходим большой коэффициент добротности.

Вследствие нелинейности кривой намагничивания, наличия гистерезиса и других явлений, присущих магнитным материалам, возрастают основная и некоторые дополнительные погрешности. Поэтому ферродинамические приборы, как правило, выпускают не выше класса точности 0,5 и только в редких случаях - класса точности 0,2. Рабочая частота для ферродинамических приборов обычно 50 или 400 Гц. Допустимые отклонения значения частоты, при которых прибор остается в указанном классе точности, состав­ляют не более 10 — 20% от ее номинального значения.

Ферродинамическим ИМ свойственны также хорошая защита от влияния внешних магнитных полей, возможность использования магнитоиндукционного успокоения без применения специальных мер защиты от влияния поля магнита успокоителя (что требуется для электродинамических приборов) и некоторые другие особенности.

2.6 Электростатические ИП

2.6.1 Принцип работы электростатических ИП

Электростатические приборы строятся на основе электростатического измерительного механизма, который представляет собой систему подвиж­ных и неподвижных электродов. Под действием напряжения, приложенного к электродам, подвижные электроды отклоняются относительно неподвижных. В электростатических ИМ отклонение подвижной части связано с изменением емкости.

В настоящее время практическое применение нашли два вида измерительных механизмов: в первом изменяется активная площадь электродов (рис.2.6.1.а) (данная конструкция применяется в основном в вольтметрах на низкие напряжения), во втором – расстояние между электродами (рисунок 2.6.1б) (эта конструкция используется в киловольтметрах). Для успокоения используются секторы подвижных электродов (в магнитноиндукционных успокоителях) или крыльчатые воздушные успокоители.

На рисунке 2.6.1а показан механизм с изменением активной площади электродов. Неподвижная часть ИМ состоит из одной или более камер 1, в воздушные зазоры которых свободно входят тонкие пластины 2 подвижной части. Подвижные пластины закреплены на оси вместе со стрелкой 4. При подключении напряжения к электродам 1 и 2 под действием электростатических сил, подвижные пластины 2 втягиваются в воздушные зазоры камер 1. При этом стрелка перемешается по шкале. Угол поворота α подвижной части находится из равенства вращающего и противодействующего моментов, возникающих в измерительном механизме

. (2.17)

где С - емкость между пластинами; U – приложенное к электродам.

а) б)

Рисунок 2.6.1 – Электростатический ИМ

Электростатические ИМ обладают малым вращающим моментом. Для получения необходимой величины M_ВР число активных сторон электродов выбирают от 4 до 20 за счет многокамерной или многолучевой системы электродов. Для повышения чувствительности также применяют крепление подвижной части на растяжках. Кроме того, многие современные механизмы имеют световой отсчет, который позволяет увеличить чувствительность прибора, уменьшить массу и момент инерции подвижной части и улучшить характер шкалы.

Из (2.17) следует, что угол отклонения подвижной части не зависит от полярности приложенного напряжения. В случае переменного напряжения угол отклонения подвижной части пропорционален квадрату действующего значения напряжения.

Для получения равномерной шкалы необходимо выполнить условие

, (2.18)

где k - конструктивная постоянная ИМ.

Практически равномерный шкалы на всем ее протяжении (от 0 до α_МАХ) получить нельзя, так как при малых углах емкость ИМ должна быть отрицательной.

Для того чтобы получить характер шкалы вольтметра, близкий к равномерному, применяют один из двух методов выравнивания шкалы: а) метод разбивки шкалы на два участка; б) метод создания начальной емкости. По первому методу шкалу вольтметра разбивают на два участка: квадратичный и равномерный. По второму методу при соответствующем выборе формы подвижных и неподвижных электродов можно получить практически равномерную шкалу на участке от 25 % до 100 % от ее номинального значения)[3].

2.6.2 Область применения

Электростатические приборы характеризуются: 1) весьма малым собственным потреблением мощности на постоянном токе и низких частотах. Это, объясняется тем, что оно обусловлено только кратковремен­ным зарядным током и протеканием весьма малых токов утечки через изоляцию. На переменном токе потребление мощности также невелико ввиду малой емкости ИМ и малых диэлектричес­ких потерь в изоляции; 2) широким частотным диапазоном (от 20 Гц до 35 МГц); 3) малой зависимостью показаний от изменений формы кривой измеряемого напряжения; 4) возможностью использо­вания их в цепях постоянного и переменного токов для непосредственного измерения высоких напряжений (до 300 кВ) без применения измерительных трансформаторов напряжения. Наряду с этим электростатические приборы имеют и недостатки: они подвержены сильному влиянию внешних электростатических полей, обладают низкой чувствительностью к напряжению, имеют неравномерную шкалу, которую необходимо выравнивать за счет выбора формы электродов, и др.

Точность электростатических приборов можно получить высо­кой за счет применения специальных конструктивно-технологи­ческих мероприятий по снижению погрешностей. В настоящее время разработаны переносные приборы классов точности 0,2; 0,1 и 0,05.

Эти приборы используют главным образом для измерения напряжения в цепях постоянного и пе­ременного токов. Выпускаются щи­товые вольтметры на напряжения от 30 В до 15 кВ классов точности 1,0 и 1,5 с частотным диапазоном от 20 Гц до 3 МГц. Переносные вольтметры классов точности 0,5; 1,0 и 1,5 выпуска­ются на напряжения от 10 В до 3 кВ с частотным диапазоном до 35 МГц. МГц. Вольтметры самой высокой точности (классов 0,05 и 0,1) имеют пределы измерения 50, 150 и 300 В и частотный диапазон от 20 Гц до 500 кГц. Выпускаются высоковольтные приборы на напряжения от 7,5 до 300 кВ.

Кроме измерения напряжения электростатические приборы используют для измерения других электрических величин (мощ­ности, сопротивления, индуктивности и т. п.). Измерительные механизмы электростатической системы применяют также во многих специальных приборах (автокомпенсаторах, компараторах, высокочувствительных электрометрах и др.).

Для измерения напряжения и других величин, функционально с ним связанных (например, мощности), применяются электро­метры - приборы с тремя электродами, находящимися под разными потенциалами. Наиболее распространены квадрантные электрометры с подвижным электродом-бисквитом и двумя парами неподвижных электродов - квадрантов (противоположные квадранты электрически соединены между собой). В электромет­рах можно использовать напряжения вспомогательного источника, что позволяет повысить чувствительность при изменениях на постоянном токе (потенциала, заряда).

Квадрантный электрометр по схеме бисквитного включения применяется также для измерения мощности. В этом случае на обе пары квадрантов 1 и 3 подается напряжение U_Ш с шунта R_ш, по которому протекает ток I измеряемой цепи, а подвижный электрод 2 подключается к напряжению U измеря­емой цепи. При этом вращающий момент электрометра пропор­ционален произведению UU_шcosj (j — угол между напряжени­ями), т. е. его можно использовать в качестве ваттметра. Показание прибора пропорционально сумме измеряемой мощности и половины мощности потерь в шунте, т. е. в показания прибора необходимо вводить поправку[3].

2.7 Индукционные ИП

2.7.1 Принцип работы индукционных ИП

Конструктивно индукционный измерительный механизм состоит из одного или нескольких неподвижных электромагнитов и подвижной части, которая обычно выполняется в виде алюминиевого диска, укрепленного на оси. Переменные магнитные потоки, направленные перпендикулярно плоскости диска, пронизывая последний, индуктируют в нем вихревые токи. Взаимодействие потоков с токами в диске вызывают перемещение подвижной части.

По числу магнитных потоков, пересекающих подвижную часть, они могут быть однопоточными и многопоточными. Однопоточные индукционные механизмы в измерительной технике в настоящее время не применяются.

На рисунке 2.7.1а показано принципиальное устройство двухпоточного индукционного ИМ. Токи I₁ и I₂, протекающие по обмоткам электромагнитов 1 и 2, возбуждают в сердечниках 1 и 2 магнитные потоки Ф₁ и Ф₂, сдвинутые по фазе на угол ψ. Эти потоки, пронизывая диск 3, наводят в нем вихревые токи I_1,2 и I_2,2. Потоки Ф₁ и Ф₂, пронизывающие диск 3 токи I_1,2 иI_2,2 .в диске показаны на рис. 2.7.1.б в виде окружностей.

а) б)

Рисунок 2.7.1 – Индукционный ИМ

Взаимодействие потоков с токами в диске создает момент. В первом приближении можно считать, что индуктивное сопротивление диска мало пол сравнению с его активным сопротивлением. В этом случае вращающие моменты от взаимодействия потока Ф₁ и тока I_1,2, а также потока Ф₂ и тока I_2,2 будут практически равны нулю.

Вращающие моменты от взаимодействия потока Ф₁ и тока I_2,2, а также потока Ф₂ и токаI_1,2 будут практически равны

. (2.19)

Оба этих момента действуют на подвижную часть в одну сторону. Разные знаки у моментов указывают на то, что один контур тока втягивается в поле, а другой – выталкивается из соответствующего поля.

Результирующий момент:

;

, (2.20)

где С = С₂ С₃ + С₁ С₄; f - частота изменения потоков; y - угол сдвига фаз между потоками.

Выражение (2.20) для М_ВР является общим для всех многопоточных индукционных ИМ. Это выражение показывает следующее:

1. для создания вращающего момента необходимо иметь не менее двух переменных магнитных потоков или двух составляющих одного потока, сдвинутых по фазе и смещенных в пространстве;

2. вращающий момент достигает максимального значения при сдвиге фаз между потоками равным 90⁰;

3. вращающий момент зависит от частоты[3].

2.7.2 Область применения

Индукционные механизмы в основном используются в счетчиках электрической энергии. Рассмотрим применение индукционных измерительных механизмов на примере однофазного тангенциального счетчика электрической энергии.

Промышленностью выпускаются однофазные и трехфазные счетчики электрической энергии[3].

3 Исторические основы развития стандартизации и сертификации

Стандартизация – это деятельность по установлению правил и характеристик в целях их добровольного многократного использования, направленная на достижение упорядоченности в сферах производства и обращения продукции и повышение конкурентоспособности продукции, работ или услуг.

Сертификация – это деятельность по подтверждению соответствия продукции установленными правилами (требованиями).

3.1 Стандартизация

Дата добавления: 2015-06-27