27. Электродинамические измерительные приборы (I), ваттметры (II)

I. Измерительное устройство ЭП этого типа состоит из двух катушек – неподвижной и вращающейся, по которым протекает ток. Взаимодействие магнитных полей катушек с током вызывает поворот подвижной катушки, а, следовательно, и стрелки на угол

α ~ I ² , где – изменение коэффициента взаимной индукции в зависимости от ориентации подвижной катушки.

Достоинства ЭП:

1) высокая точность (изготавливаются до класса точности 0,05);

2) возможность использования в цепях постоянных и переменных токов.

Недостатки:

1) неравномерность шкалы;

2) большое потребление энергии;

3) высокая чувствительность к внешним магнитным полям.

В амперметрах этой системы, рассчитанных на токи до 0,5 А, катушки включаются последовательно, а на токи больше 0,5 А – параллельно.

В вольтметрах катушки всегда включаются последовательно, а пределы измерения определяются величиной добавочного сопротивления (см. рисунки).

Высокая точность и стабильность показаний этих приборов позволяет использовать их в качестве образцовых для проверки приборов постоянного и переменного тока.

II. Наиболее распространены, точны и применимы для измерения мощности в цепях постоянного и переменного тока электродинамические ваттметры. Неподвижная катушка с малым сопротивлением включается в цепь последовательно, при этом ее магнитное поле пропорционально току в цепи. Вторая катушка включается параллельно нагрузке, а ее магнитное поле пропорционально напряжению на ней (см. рисунок). Взаимодействие магнитных полей вызывает поворот подвижной катушки и стрелки на угол

α ~ IU = W

Мощность W можно определить также при помощи амперметра и вольтметра, перемножив их показания:

W = IU.

28. Электростатические (I) и электронные (II) вольтметры

I. Состоят из двух систем металлических пластин, хорошо изолированных друг от друга. Одни пластины являются неподвижными, а другие – подвижными (как в переменном конденсаторе) и могут вращаться около оси. Под действием разности потенциалов происходит поворот платин и стрелки на угол

α ~ U ² , где U – разность потенциалов, выражает зависимость емкости от положения пластин. Тот факт, что угол поворота пластин и стрелки зависит только от величины напряжения и не зависит от полярности, позволяет использовать электростатические вольтметры в цепях постоянного и переменного тока. Применяются данные приборы, как правило, для измерения больших напряжений (от 10 В до сотен кВ). Потребление энергии ЭП при постоянной разнице потенциалов на пластинах равно нулю.

II. Электронные вольтметры состоят из усилителя, детектора и магнитоэлектрического микроамперметра, шкала которого проградуирована в единицах напряжения. Используются для измерения постоянного и переменного напряжения.

Достоинства:

1) возможность измерения переменных напряжений в очень широком диапазоне частот, до 1500 Мгц;

2) малое потребление энергии;

3) высокая чувствительность (минимальное значение напряжения ~ 20 мкВ);

Недостатки:

1) необходимость отдельного источника питания;

2) возможность измерения параметров усилителя со временем.

На практике для измерения характеристик различных электрических сигналов часто используют осциллографы, основными элементами которых являются: усилитель сигналов, генератор и электронно-лучевая трубка. Устройство трубки приведено ниже.