6.7. Индукционные измерительные приборы

Рис. 8. Приборы индукционной системы. 1– электромагнит, 2 – вращающийся алюминиевый диск, 3 – наведенные переменным магнитным потоком вихревые токи.

Эта система характеризуется применением электромагнита 1, питаемого переменным током и создающем вращающееся или бегущее магнитное поле, которое индуктирует токи 3 в подвижной части прибора 2 и вызывает ее движение – рис.8.

Индукционные приборы применяются только при переменном токе в качестве ваттметров и счетчиков электрической энергии (реже амперметров и вольтметров).

6.8. Логогометр — магнитоэлектрический электроизмерительный прибор для измерения отношения сил двух электрических токов. Подвижная часть выполнена в виде двух рамок, расположенных перпендикулярно. Когда по рамке логометра протекает ток, то при взаимодействии с магнитным полем постоянного магнита эллиптической формы (неподвижной частью логометра), создаётся вращающий момент, который передвигает стрелку прибора. Когда токи в обеих рамках равны, их вращающие моменты равны, стрелка прибора занимает нулевое положение. Если токи различны, подвижная часть прибора перемещается таким образом, что рамка с большим током оказывается в положении с большим зазором постоянного магнита (из-за его эллиптичности). В результате вращающий момент, создаваемый рамкой, уменьшается и становится равным вращающему моменту рамки с меньшим током. Логометр обычно применяется в приборах для измерения сопротивления, индуктивности, ёмкости, температуры.

6.9. Цифровые измерительные приборы

Основой цифрового вольтметра является аналого-цифровой преобразователь (АЦП). В настоящее время имеется множество схемотехнических принципов построения АЦП, однако общим из них является сравнение измеряемой величины с набором эталонов. Основными характеристиками АЦП являются точность преобразования (число разрядов в выходном коде) и быстродействие. Можно условно разделить АЦП на два класса: последовательного счета, когда выходной код определяется равенством измеряемого напряжения с дискретно растущим эталонным напряжением и параллельного, когда сигнал сравнивается с набором эталонных напряжений.

Цифровой амперметр можно реализовать установив на входе цифрового вольтметра калиброванный резистор небольшой величины, через который протекает измеряемый ток. Падение напряжения на входном резисторе, пропорциональное протекающему току, измеряется цифровым вольтметром, табло которого соответствующим образом градуируется.

Приложение. Расширение пределов измерения амперметра и вольтметра

Для расширения предела измерения амперметра А магнитоэлектрической системы в цепях постоянного тока применяют шунты-сопротивления R_Ш, включаемые параллельно амперметру А (рис. 4). Шунты бывают внутренние и наружные. Амперметры на небольшие токи (до 30 А) часто имеют внутренние шунты. На большие токи (до 7500А) применяют наружные шунты.

Пример.

Рассчитать шунт к амперметру А с пределом измерения I_АН = 5 А для измерения постоянного тока I = 50 А и определить цену его деления до и после присоединения шунта. Шкала амперметра имеет N_H = 100 делений, а его внутреннее сопротивление R_A = 0,015 Ом.

Решение: в двух параллельных ветвях токи разветвляются обратно пропорционально сопротивлению этих ветвей:

, откуда

Ток в шунте I_Ш = I – I_АН = 50 – 5 = 45 А, следовательно, R_Ш = 0,00167 Ом.

По ГОСТу шунты изготовляются на падение напряжения 45, 75, 100, 150 мВ. В данном случае, R_A· I_AH = 0,075 В = 75 мВ.

Цена деления шкалы амперметра до присоединения шунта:

[А/дел],

после присоединения шунта:

[А/дел].

Шкала амперметра часто градуируется с учетом включенного шунта, тогда величина измеряемого тока I отсчитывается непосредственно по шкале прибора.

Для расширения предела измерения вольтметра V в цепях напряжением до 500 В обычно применяют добавочное сопротивление R_Д, включенное последовательно с обмоткой вольтметра V. По ГОСТу добавочные сопротивления изготавливают на номинальные токи 0,02  30 мА, которые не должны превышать максимально допустимого тока прибора, равного .

Пример.

Как измерить вольтметром с пределом измерения U_VН = 150 В напряжение постоянного тока U = 220 В, если внутреннее сопротивление вольтметра R_V = 8000 Ом.

Решение: чтобы расширить пределы измерения вольтметра при постоянном токе, необходимо подключить последовательно к нему добавочное сопротивление R_Д.

Напряжение U_Д= U – U_VH = 220 –150 = 70 В.

Падение напряжения на участке последовательной цепи пропорционально сопротивлению этого участка:

, так как ,

откуда Ом.