4. Классификация электроизмерительных приборов

Электроизмерительные приборы классифицируются по различным признакам.

По роду измеряемой величины электроизмерительные приборы подразделяются на амперметры, вольтметры, ваттметры, фазометры, частотомеры, омметры и др. На схемах и лицевой панели прибора род измеряемой величины указывается с помощью условного обозначения, некоторые из них приведены в таблице.

(Варметр – прибор, предназначенный для измерения реактивной мощности в электрических цепях переменного тока).

На лицевой панели прибора указывают также условные обозначения, по которым можно судить о роде измеряемого тока (постоянный, переменный), классе точности, рабочем положе­нии прибора и др.

В зависимости от физического явления, положенного в основу принципа действия измерительного прибора, различают приборы магнитоэлектрической, электромагнитной, электродинамической и других систем.

П ринцип действия прибора магнитоэлектрической системы основан на явлении взаимодействия магнитного поля, созданного в этом приборе постоянным магнитом, и катушки с током. В результате указанного взаимодействия угол α поворота стрелки (катушки, жестко связанной со стрелкой) пропорционален величине тока I, т.е. α ~ I.

Прибор магнитоэлектрической системы (без дополнительных устройств) пригоден только для измерения постоянных токов и напряжений. Однако в сочетании с дополнительными устройствами, например, с выпрямителем, данный прибор может быть использован и для измерения средних значений синусоидальных токов и напряжений.

П рибор электромагнитной системы состоит из катушки с током и ферромагнитного диска, жестко связанного со стрелкой, который может входить во внутреннюю полость катушки. Ток в катушке создает магнитное поле, величина энергии которого пропорциональна квадрату тока. Чем больше будет величина квадрата тока i, тем больше сила, стремящаяся втянуть диск в катушку. Таким образом, угол α поворота диска в приборах электромагнитной системы пропорционален квадрату действующего значения I тока, т.е. α ~ I ².

При изменении направления тока в катушке одновременно меняются на противоположные магнитные полюсы диска, вследствие чего направление вращающего момента подвижной части прибора не меняется. Поэтому приборы электромагнитной системы пригодны для измерения в цепях как постоянного, так и переменного тока.

Приборы магнитоэлектрической и электромагнитной систем часто используются в качестве амперметров и вольтметров.

Э лектродинамическая система состоит из неподвижной и подвижной катушек, причем подвижная катушка может поворачиваться внутри неподвижной катушки.

При наличии токов i₁, i₂ в катушках возникают электромагнитные силы, стремящиеся повернуть подвижную катушку и занять соосное положение с неподвижной катушкой. Угол а поворота подвижной катушки пропорционален произведению токов I₁, I₂ и косинусу сдвига фаз между ними (если I₁, I₂ – синусоидальные токи): ~ I₁ ^. I₂ cos , где I₁, I₂ – значения постоянных токов, если прибор включен в цепь постоянного тока, или действующие значения токов i₁, i₂ .

Приборы электродинамической системы часто применяются в качестве ваттметров. Основные системы приборов, их условные обозначения приведены в таблице.

В измерительных механизмах приборов электростатической системы вращающий момент создается электростатическими силами взаимодействия заряженных электродов.

Среди приборов этой системы наиболее распространен вольтметр.

П од действием измеряемого напряжения заряжаются системы подвижных 1 и неподвижных 2 пластин прибора. Возникающие при этом электростатические силы притяжения создают вращающий момент. Противодействующий момент создается пружиной.

Изменение полярности напряжения не влияет на направления действия вращающего момента; следовательно, электростатический вольтметр пригоден для измерения и постоянного, и переменного напряжений. В ряде случаев весьма существенным преимуществом прибора следует считать то, что он практически не потребляет энергии. Однако при неболь­ших напряжениях вращающий момент весьма мал, приходится увеличивать число пластин и вместо установки на кернах подвешивать подвижную часть на нити.

Электростатические вольтметры применяются преимущественно в лабораториях для измерений в цепях малой мощности и при непосредственных измерениях высоких напряжений.

В приборах тепловой системы отклонение подвижной части получается вследствие удлинения металлической нити, нагреваемой измеряемым током. К достоинствам этих приборов относится независимость показаний от частоты и формы кривой переменного тока. Тепловые приборы неустойчивы к перегрузкам, неточны вследствие чувствительности к температурным влияниям, и их потребление энергии относительно велико. По всем этим причинам тепловые приборы применяются редко – лишь для измерения токов высокой частоты.

Прочие системы приборов применяются для измерения немногих величин (например, вибрационный принцип для измерения частоты).