Магнітоелектричні прилади. Дані прилади працюють за принципом взаємодії магнітного поля нерухомого постійного магніту з магнітним полем провідника зі струмом, що проходить по рухомій котушці.
Вимірювальний механізм приладу (рис.6.1) складається з нерухомого підковоподібного магніту з полюсними закінченнями (1), нерухомого сталевого циліндра (2), рухомої котушки (3), стрілки і спіральної пружини (4). Струм у котушку подається через дві спіральні пружини, що ізольовані від осі. Ці пружини також призначені для створення протидіючого моменту.
Позитивні якості: обертаючий момент, що діє на рухливу частину вимірювального механізму, і кут повороту стрілки пропорційні струму, що вимірюється. Отже, шкала магнітоелектричних приладів рівномірна.
У приладів висока чутливість, велика точність (найбільш точні), мала чутливість до зовнішніх магнітних полів, швидке заспокоєння, мале споживання електричної енергії.
|
|
Рис.6.1- Магнітоелектричний прилад.
Недоліки: робота лише при постійному струмі, слабка перевантажувальна спроможність, порівняно висока вартість.
Прилади випускаються у виді амперметрів, міліамперметрів, мікроамперметрів, вольтметрів, мілівольтметрів. При з'єднанні магнітоелектричного механізму і напівпровідникового випрямляча одержимо детекторний прилад. При з'єднанні механізму з термопарами одержимо термоелектричний прилад.
Електромагнітні прилади. В електромагнітних вимірювальних механізмах обертаючий момент створюється впливом магнітного поля струму нерухомої котушки, який вимірюється на рухливому феромагнітному осерді. У подібному пристрої електромагнітні сили намагаються перемістити осердя так, щоб магнітний потік у механізмі був найбільшим.
Вимірювальний механізм приладу (рис.6.2) складається з котушки з вузькою щілиною усередині (2), осердя у виді пелюстка з м'якої сталі (1), що, повертаючись навколо осі, може входити в щілину котушки. З віссю пов'язані стрілка, поршень повітряного заспокоювача і спіральна пружина, що створює протидіючий момент. При протіканні струму по котушці осердя втягується усередину котушки з силою, прямо пропорційною квадрату сили струму.
|
|
Рис.6.2 - Електромагнітний прилад.
Обертаючий момент приладу пропорційний квадрату сили струму і зміні індуктивності системи при повороті рухливої частини:
.
Ці прилади мають нерівномірну шкалу, їх показання залежать від зовнішніх магнітних полів і мають малу точність.
Позитивні якості: простота конструкції, стійкість до перевантажень, придатність для постійного і змінного струму, дешевина, можливість виготовлення приладів, розрахованих на великі струми.
Недоліки: нерівномірність шкали, особливо в початковій частині, велике власне споживання енергії, залежність показань від зовнішніх магнітних полів.
Широко використовуються на практиці як щитові прилади, що працюють на змінному струмі.
Електродинамічні прилади. Робота цих приладів заснована на взаємодії провідників із струмами: два провідники з протилежно спрямованими струмами взаємно відштовхуються, з однаковоспрямованими струмами - притягаються. У приладах є дві котушки (рис.6.3): нерухома, що складається з двох однакових частин, сполучених послідовно, і рухлива. Рухлива котушка сполучена по одній осі з вказівною стрілкою, крилом повітряного заспокоювача і двома спіральними пружинами. При проходженні струму по нерухомій котушці і струму по рухливій котушці між ними виникає сила взаємодії, при цьому на рухливу котушку діє пара сил, що викликає її поворот. При постійному струмі момент сил і кут повороту рухливої котушки пропорційні добутку струмів у котушках.
|
|
Рис.6.3- Електродинамічний прилад.
При змінному струмі обертаючий момент і пропорційний йому кут повороту рухливої котушки визначається добутком діючих значень струмів у котушках і косинуса кута між їхніми осями:
Пропорційність зміни взаємної індукції при переміщенні рухливої котушки на кут a визначається виразом:
У залежності від призначення приладів, котушки по-різному з'єднуються:
- в амперметрах, розрахованих на струм до 0,5 А, обидві котушки увімкнуті послідовно, а для струму більше 0,5 А – паралельно;
- у вольтметрах обидві котушки увімкнуті завжди послі-довно;
- у ватметрах котушки не з’єднані електрично і мають по дві зовнішніх клеми для підключення до мережі. Стосовно до приймача нерухома (струмова) котушка включається послідовно, а рухлива (напруги)- паралельно.
Позитивні властивості: прилади мають високу точність і застосовуються в колах змінного і постійного струму.
Недоліки: через складність виготовлення прилади мають високу ціну, через погані умови охолодження і значне власне споживання енергії електродинамічні механізми не повинні перевантажуватися.
Феродинамічні прилади. Це різновидність приладів електродинамічної системи. Для посилення власного магнітного поля обмотки нерухомої котушки розташовуються на стальному осерді (рис.6.4), а рухома котушка розташовується навколо нерухомого циліндричного осердя (як у приладі магнітоелектричної системи). При такому виконанні прилади захищені від впливу зовнішніх магнітних полів.
Рис.6.4- Феродинамічний прилад.
Використовуються в якості щитових ватметрів.
Індукційні прилади. Обертаючий момент виникає при взаємодії магнітного поля (рис.6.5), що обертається, з вихровими струмами, що індукуються цим полем в рухомому металевому диску. Обертаюче поле створюється за наявності двох змінних магнітних потоків, зсунутих в просторі та за фазою один відносно одного.
Рис.6.5- Індукційний прилад.
Застосовуються тільки на змінному струмі в якості ватметрів та лічильників електричної енергії і ватметрів.
Розглянемо принцип роботи однофазного індукційного лічильника. Основними елементами вимірювального механізму лічильника є (рис.6.6) послідовний (MI) та паралельний (MU) електромагніти, постійний магніт М, алюмінієвий диск, закріплений на осі.
У зв’язку з наявністю великих повітряних прошарків на шляху електромагнітних потоків ФІ та ФU, можна приблизно записати:
,
,
,
тоді
,
де U – напруга на паралельній обмотці;
ZU – повний опір паралельної обмотки;
LU – індуктивність паралельної обмотки;
ІU – струм паралельної обмотки.
Рис.6.6 - Однофазний індукційний лічильник.
Результуючий момент сил, що діють на диск лічильника, визначається за формулою:
,
де с - коефіцієнт пропорційності;
y - кут зсуву фаз між потоками ФI та ФU.
Якщо підставити в цю формулу отримані вище значення магнітних потоків, утворених паралельною та послідовною котушками, то одержимо:
.
Рівність моментів тертя та обертаючого визначають поріг чутливості лічильника. Під порогом чутливості лічильника S приймається співвідношення мінімальної потужності Рмін, за якої диск починає обертатися без зупинки, та номінальної потужності Рном :
.
Індукційні прилади "не бояться" зовнішніх магнітних полів, стійкі до перевантажень, тривкі за конструкцією, надійні в роботі.
На приладах застосовуються наступні умовні позначення:
Таблиця 6.1
Умовні позначення приладів
|
№ з/п |
Особливості електровимірювальних приладів |
Умовні позначки |
|
1 |
Прилад трифазного струму для нерівномірного навантаження фаз |
|
|
2 |
Прилад трифазного струму з двохелементним вимірювальним механізмом |
|
|
3 |
Захист від зовнішніх магнітних полів, наприклад 2 мТл |
|
|
4 |
Захист від зовнішніх електричних полів, наприклад 10 кВ/м |
|
|
5 |
Клас точності при нормуванні похибки у відсотках від діапазону виміру, наприклад 1,5 |
|
|
6 |
Клас точності при нормуванні похибки у відсотках від довжини шкали, наприклад 1,5 |
|
|
7 |
Горизонтальне положення шкали |
|
|
8 |
Вертикальне положення шкали |
|
|
9 |
Похиле положення шкали під визначеним кутом, наприклад 60о |
|
|
10 |
Напрямок орієнтування приладу в земному магнітному полі |
|
|
11 |
Вимірювальне коло ізольоване від корпуса і випробуване напругою, наприклад 2кВ |
|
|
12 |
Випробування міцності ізоляції не підлягає |
|
|
13 |
Обережно! Міцність ізоляції вимірювального кола відносно корпуса не відповідає нормам (знак виконується червоним кольором) |
|
Таблиця 6.2
Умовні позначення систем приладів
|
№ з/п |
Найменування системи і перетворювача |
Умовні позначки | |
|
Звичайний вимірювальний механізм |
Логометричний вимірювальний механізм | ||
|
1 |
Магнітоелектричний прилад з рухомою рамкою |
|
|
|
2 |
Магнітоелектричний прилад з рухомим магнітом |
|
|
|
3 |
Електромагнітний прилад |
|
|
|
4 |
Електромагнітний поляризований прилад |
|
|
|
5 |
Електродинамічний прилад |
|
|
|
6 |
Феродинамічний прилад |
|
|
|
7 |
Індукційний прилад |
|
|
|
8 |
Електростатичний прилад |
|
|
|
9 |
Вібраційний прилад (язичковий) |
|
|
|
10 |
Тепловий прилад (із дротом, що нагрівається,) |
|
|
|
11 |
Біметалічний прилад |
|
|
|
12 |
Термоелектричні перетворювачі з неізольованою й ізольованою термопарами |
|
|
| « 6.2 Класифікація електричних вимірів. Похибка виміру. | 6.4 Розширення меж вимірів. » |