Измерительные преобразователи
Измерительный преобразователь служит для преобразования измеряемой физической величины в сигнал для последующей передачи, обработки и регистрации. Принцип действия измерительных преобразователей основан на разных физических явлениях.
Различают системы измерительных механизмов: магнитоэлектрическую, электромагнитную, электродинамическую, индукционную.
Магнитоэлектрическая система
Рис. 7.2 Измерительный
механизм магнитоэлектрической системы
и его схема: 1
– магнитопровод; 2
– алюминиевая рамка с обмоткой; 3
– стальной цилиндр; 4
– спиральные пружины.
Принцип действия механизма магнитоэлектрической системы (рис. 7.2) – взаимодействие магнитного поля тока, проходящего по обмотке рамки, с магнитным полем постоянного магнита.
Когда по обмотке рамки проходит электрический ток, она поворачивается на угол, значение которого пропорционально измеряемой силе тока (напряжению). Направление поворота рамки, а значит, и стрелки зависит от направления тока в обмотке рамки.
Основные достоинства приборов магнитоэлектрической системы: высокая точность, равномерность шкалы, независимость точности показаний от действия внешних магнитных полей. Основные недостатки – невозможность измерять одним и тем же прибором постоянный и переменный токи (если в приборе нет выпрямительного устройства), сравнительно высокая стоимость приборов.
Электромагнитная система
Рис. 7.3
Устройство
прибора
электромагнитной
системы 1
– катушка 2
– пружина 3
– сердечник 4
– демпфер
Принцип действия механизма электромагнитной системы (рис. 7.3) – взаимодействие магнитного поля тока, проходящего по обмотке катушки, с магнитным полем намагничивающегося ферромагнитного сердечника. Вследствие этого взаимодействия сердечник втягивается внутрь катушки, благодаря чему отклоняется указательная стрелка. При изменении направления тока в обмотке меняется и полярность намагничивающегося сердечника. Поэтому при любом направлении тока в обмотке сердечник втягивается внутрь ее, а стрелка, следовательно, отклоняется в одну и ту же сторону.
Основные достоинства приборов электромагнитной системы: простота устройства, относительно невысокая стоимость, пригодность для измерения постоянного и переменного токов, устойчивость этих приборов к перегрузкам.
Основные недостатки – невысокая точность, неравномерность шкалы, зависимость точности показаний от влияния внешних магнитных полей, сравнительно большая потребность в электроэнергии.
Электродинамическая система
Рис. 7.4
Измерительный
механизм прибора электродинамической
системы 1
– неподвижная катушка 2
– подвижная катушка 3
– стрелка 4
– крыло воздушного успокоителя 5
– ось 6
– спиральная пружина
Принцип действия механизма электродинамической системы (рис. 7.4) – взаимодействие магнитных полей токов, проходящих по двум обмоткам, одна из которых неподвижна, а другая может вращаться. Обмотку неподвижной катушки называют токовой обмоткой; ее электрическое сопротивление мало; включается в цепь последовательно.
Обмотка подвижной катушки имеет большое электрическое сопротивление, включается в цепь параллельно и называется обмоткой напряжения.
При включении прибора в цепь электрический ток проходит по обмоткам обеих катушек одновременно. В результате взаимодействия магнитных полей токов подвижная катушка поворачивается на угол, значение которого пропорционально произведению токов, проходящих в обмотках катушек. Направление тока в обмотках может изменяться лишь одновременно. Поэтому независимо от направления тока в цепи подвижная катушка, а значит, и стрелка поворачиваются только в одну сторону. Механизм электродинамической системы применяют в амперметрах, вольтметрах и ваттметрах.
Основные достоинства: высокая точность, возможность измерения одним и тем же прибором постоянного и переменного токов.
Основные недостатки – сравнительно высокая стоимость, зависимость точности показаний от влияния внешних магнитных полей, сравнительно малая устойчивость к перегрузкам.