3. Контрольні запитання

1. Що таке шунт і яку роль він відіграє у амперметрах?

2. Наведіть загальну схему багатодіапазонного амперметру з електромеханічним вимірювальним приладом.

3. Виведіть формулу для обрахунку опору шунта виходячи з коефіцієнту розширення шкали амперметру.

4. Які класи точності мають шунти?

5. Які функції виконують в електромеханічних вольтметрах додаткові резистори?

6. Наведіть розрахункові формули для обрахунку опору додаткових резисторів.

7. Дайте визначення пікового, середнього значення сигналу за період, середньоспрямленого та ефективного значення сигналу.

8. Наведіть приклади схем амперметрів з випрямляючими перетворювачами та поясніть їх роботу.

9. Наведіть приклади схем амперметрів з ТЕП та поясніть їх роботу.

10. Виведіть рівняння перетворення амперметра з ТЕП.

11. Проаналізуйте рівняння перетворення амперметрів з ТЕП, виведіть формулу чутливості приладу.

Лекція 6

1. Електродинамічні вимірювальні механізми

Незаперечною перевагою електродинамічних вимірювальних механізмів у порівнянні з механізмами магнітоелектричної системи є їх здатність вимірювати і постійні, і змінні струми. Схематичне зображення вимірювальної частини електродинамічних механізмів наведено на рис.6.1. Принцип дії механізмів цього типу базується на взаємодії магнітних полів двох котушок зі струмами. Ця взаємодія призводить до обертання рухомої котушки 2 в нерухомій котушці 1. Струм в рухому котушку подається через розтяжки, які разом з цим створюють протидіючий момент. З рухомою котушкою жорстко пов’язана стрілка 3, яка разом зі шкалою 4 утворює пристрій відліку.

Виведемо рівняння перетворення такого механізму. Електрокінетична енергія двох кошук дорівнює

, (6.1)

де L_1, L₂ – індуктивності котушок 1,2, М – взаємна індуктивність цих котушок. Оскільки кут повороту a рухомої частини впливає лише на

значення М,то обертовий момент . (6.2) Mоб в приладі зрівноважується моментом протидіючої пружини , тому . (6.3)

Рис. 6.1

Якщо по котушкам протікають змінні струми однієї частоти w –

,

, ( 6.4)

то з урахуванням інерційності рухомої частини приладу, середнє значення кута a становитиме

. (6.5)

Висновок: при вимірюванні на змінному струмі кут a залежить не лише від амплітуд струмів І₁ та І₂, але й від різниці фазових зсувів струмів. Тому електродинамічні механізми можна використовувати не тільки для вимірювання струму, але й для вимірювання фазових зсуві. В режимі вимірювання струму необхідно виконати умову (j₁ - j₂) =сonst , причому максимальна чутливість приладу досягається при , де . Така умова легко реалізується при підключенні котушок до одного й того ж джерела вимірюваного струму. Котушки можуть вмикатись послідовно чи паралельно рис.6.2а,б. Послідовна схема вмикання котушок приладу рис.6.2.а застосовується для вимірювання струмів силою до 0,5 А. На більших струмах використовують паралельну схему підключення котушок до ланки з вимірювальним струмом рис.6.2б. В цій схемі індуктивності L₁ і L₂ використовують як елементи частотної корекції, а опір R₁ - для обмеження струму, що протікає через рухому котушку приладу і попередження вигорання розтяжок приладу. З урахуванням того, що , рівняння перетворення приймає нелінійний (квадратичний) характер. Саме завдяки тому, що квадратична функція не має від’ємних ділянок, а механічна частина механізму чинить на показання приладу інтегруючий вплив, створюється можливість вимірювання змінного струму (його дійсного значення).

Крім вимірювання струму електродинамічні механізми можуть застосовуватись для вимірювання напруги. В цьому випадку схеми підключення рис.6.3, а,б доповнюються додатковими резисторами .

а	б
Рис. 6.2

а	б
Рис. 6.3

Рівняння перетворення для схеми рис.31, б, з урахуванням того, що на вході приладу діє гармонічна напруга , становить

_, (6.6)

– активний опір котушок приладу.

Той факт, що рівняння перетворення механізму містить операцію множення дозволяє реалізувати на цих механізмах ватметри. Якщо струм і₁(t) в нерухомій котушці дорівнює струму навантаження, а струм і₂(t) в рухомій котушці пропорційний напрузі на навантаженні , тобто , де – активний опір рухомої котушки 2, то

, (6.7)

де - споживана навантаженням потужність. В цьому випадку рівняння перетворення виду має лінійний характер.