Термоелектрична система.
Ця система характеризується використанням однієї або декількох термопар, які є в тепловому контакті з провідником зі струмом. Під дією тепла, що виділяється струмом, який необхідно виміряти, в термопарах виникає термоелектрорушійна сила (явище Зеєбека). Величина термоелектрорушійної сили прямо пропорційна різниці температур в контактах термопар. Постійний струм, що виникає за рахунок термоелектрорушійної сили в колі термопар, подається у вимірювальний прилад магнітоелектричної системи. Прилади термоелектричної системи використовуються, в основному, при вимірюванні змінних струмів високої частоти.
Детекторна система.
Будова приладів цієї системи заснована на тому, що змінний струм випрямляється за допомогою випрямляча, вмонтованого в самому приладі. Отриманий постійний пульсуючий струм після випрямлення вимірюється за допомогою чутливого приладу магнітоелектричної системи.
Дзеркальні гальванометри.
Для вимірювання дуже малих струмів, напруг і кількостей електрики (заряду) використовують дзеркальні гальванометри. В переважній більшості випадків дзеркальні гальванометри є приладами магнітоелектричної системи, у яких рухома частина виготовлена дуже легкою і закріплена не на осі, що повертається в підшипниках, а підвішена на дуже тонкій пружній металевій дротині. Будова такого гальванометра схематично показана на рис. 1.11. \
51) За способом відліку прилади можуть бути такими, що показують (з безпосереднім відліком по шкалі) та такими, що реєструють (самописи, осцилографи). Шкала приладів, що показують, може бути рівномірною (всі поділки однакові) та нерівномірною (не всі поділки однакові); більш точне вимірювання здійснюється за допомогою рівномірної шкали.
________________________________________________________________
52) Вибір електровимірювального приладу здійснюється в такий спосіб:
визначається вимірювана фізична величина та прилад для вимірювань (сила струму амперметр, напруга вольтметр, потужність ватметр і так далі);
визначається рід струму в колі (постійний, змінний);
визначається необхідний клас точності приладу;
визначається характер застосування й установки;
визначається система приладу (магнітоелектрична, електромагнітна і так далі);
визначається межа вимірювання приладу;
визначається ціна поділки приладу.
_________________________________________________________________________
53) Магнітоелектричні прилади. Дані прилади працюють за принципом взаємодії магнітного поля нерухомого постійного магніту з магнітним полем провідника зі струмом, що проходить по рухомій котушці. Вимірювальний механізм приладу (рис.6.1) складається з нерухомого підковоподібного магніту з полюсними закінченнями (1), нерухомого сталевого циліндра (2), рухомої котушки (3), стрілки і спіральної пружини (4). Струм у котушку подається через дві спіральні пружини, що ізольовані від осі. Ці пружини також призначені для створення протидіючого моменту.Позитивні якості: обертаючий момент, що діє на рухливу частину вимірювального механізму, і кут повороту стрілки пропорційні струму, що вимірюється. Отже, шкала магнітоелектричних приладів рівномірна. У приладів висока чутливість, велика точність (найбільш точні), мала чутливість до зовнішніх магнітних полів, швидке заспокоєння, мале споживання електричної енергії.Недоліки: робота лише при постійному струмі, слабка перевантажувальна спроможність, порівняно висока вартість.Прилади випускаються у виді амперметрів, міліамперметрів, мікроамперметрів, вольтметрів, мілівольтметрів. При з'єднанні магнітоелектричного механізму і напівпровідникового випрямляча одержимо детекторний прилад. При з'єднанні механізму з термопарами одержимо термоелектричний прилад.
54) Електромагнітні прилади. В електромагнітних вимірювальних механізмах обертаючий момент створюється впливом магнітного поля струму нерухомої котушки, який вимірюється на рухливому феромагнітному осерді. У подібному пристрої електромагнітні сили намагаються перемістити осердя так, щоб магнітний потік у механізмі був найбільшим.Вимірювальний механізм приладу (рис.6.2) складається з котушки з вузькою щілиною усередині (2), осердя у виді пелюстка з м'якої сталі (1), що, повертаючись навколо осі, може входити в щілину котушки. З віссю пов'язані стрілка, поршень повітряного заспокоювача і спіральна пружина, що створює протидіючий момент. При протіканні струму по котушці осердя втягується усередину котушки з силою, прямо пропорційною квадрату сили струму.Обертаючий момент приладу пропорційний квадрату сили струму і зміні індуктивності системи при повороті рухливої частини:Ці прилади мають нерівномірну шкалу, їх показання залежать від зовнішніх магнітних полів і мають малу точність.Позитивні якості: простота конструкції, стійкість до перевантажень, придатність для постійного і змінного струму, дешевина, можливість виготовлення приладів, розрахованих на великі струми.Недоліки: нерівномірність шкали, особливо в початковій частині, велике власне споживання енергії, залежність показань від зовнішніх магнітних полів.Широко використовуються на практиці як щитові прилади, що працюють на змінному струмі.
55) Електродинамічні прилади. Робота цих приладів заснована на взаємодії провідників із струмами: два провідники з протилежно спрямованими струмами взаємно відштовхуються, з однаковоспрямованими струмами - притягаються. У приладах є дві котушки (рис.6.3): нерухома, що складається з двох однакових частин, сполучених послідовно, і рухлива. Рухлива котушка сполучена по одній осі з вказівною стрілкою, крилом повітряного заспокоювача і двома спіральними пружинами. При проходженні струму по нерухомій котушці і струму по рухливій котушці між ними виникає сила взаємодії, при цьому на рухливу котушку діє пара сил, що викликає її поворот. При постійному струмі момент сил і кут повороту рухливої котушки пропорційні добутку струмів у котушках.При змінному струмі обертаючий момент і пропорційний йому кут повороту рухливої котушки визначається добутком діючих значень струмів у котушках і косинуса кута між їхніми осями:Пропорційність зміни взаємної індукції при переміщенні рухливої котушки на кут a визначається виразом:У залежності від призначення приладів, котушки по-різному з'єднуються:
- в амперметрах, розрахованих на струм до 0,5 А, обидві котушки увімкнуті послідовно, а для струму більше 0,5 А – паралельно;
- у вольтметрах обидві котушки увімкнуті завжди послі-довно;
- у ватметрах котушки не з’єднані електрично і мають по дві зовнішніх клеми для підключення до мережі. Стосовно до приймача нерухома (струмова) котушка включається послідовно, а рухлива (напруги)- паралельно.
Позитивні властивості: прилади мають високу точність і застосовуються в колах змінного і постійного струму.
Недоліки: через складність виготовлення прилади мають високу ціну, через погані умови охолодження і значне власне споживання енергії електродинамічні механізми не повинні перевантажуватися.
56) Індукційні прилади застосовуються здебільшого як лічильники електричної енергії.Індукційний лічильник електричної енергії складається з електромагніту 1 з обмоткою, по якій проходить струм споживача (обмотка струму); електромагніту 2 з обмоткою, яка увімкнена паралельно споживачеві (обмотка напруги); постійного магніту 3, призначеного для створення гальмівного моменту; легкого алюмінієвого диску 4, який вільно обертається на осі; механічного редуктора для зменшення частоти обертання диска в задане число разів та механізму відліку.Принцип дії індукційного лічильника електричної енергії ґрунтується на взаємодії магнітних полів, електромагнітів зі струмами, наведеними за законом електромагнітної індукції в алюмінієвому диску.В результаті такої взаємодії до диска прикладений обертальний момент, значення якого пропорційне активній потужності споживача.На диск діє також гальмівний момент, який виникає від взаємодії струмів, наведених в диску, з магнітним полем постійного магніту. Значення гальмівного моменту прямо пропорційне частоті обертання диска. Коли настане рівновага моментів, тобто М = Мпр частота обертання диска буде прямо пропорційна активній потужності споживання.Кількість обертів N за проміжок часу t буде прямо пропорційна електричній енергії W, яку споживає споживач за час t.Крім однофазних лічильників, випускаються також трифазні лічильники для вимірювання витрат електричної енергії в трифазних енергетичних системах.До переваг електромеханічних лічильників енергії слід віднести їх простоту, здатність до перевантажень, а також здатність зберігати покази під час вимикання живлення. Недоліками індукційних лічильників є невисока точність, залежність показів від температури та частоти. Останнім часом інтенсивно розробляються і впроваджуються електронні та цифрові лічильники енергії.
57) ТЕРМОЕЛЕКТРИЧНІ ПРИЛАДИ.
Термоелектричний прилад являє собою з'єднання термоперетворювача і магнітоелектричного вимірювального механізму з відліковим пристроєм. Термоперетворювач складається з термопари і нагрівача. В якості нагрівача використовують дріт, яка допускає тривалий нагрівання. При пропущенні струму через нагрівач він нагрівається і на вільних кінцях термопари виникає термо-ЕРС, яка викликає струм через вимірювальний механізм. Термо-ЕРС пропорційна кількості теплоти, виділеної вимірюваним струмом у нагрівачі. Кількість теплоти, в свою чергу, пропорційно квадрату діючого значення вимірюваного струму. Отже, показання термоелектричного приладу пропорційно квадрату діючого значення вимірюваного струму. Теплота, що виділяється струмом в нагрівачі, не залежить від частоти, тому термоелектричними приладами можна користуватися і на постійному струмі і на змінному, включаючи радіочастоти. При малих значеннях вимірюваних струмів (150-300 мА) застосовують вакуумні термоперетворювачі. У них нагрівач і термопара поміщаються в скляний балон, в якому створено розрідження. Цим досягається зменшення втрат на тепловіддачу в навколишнє середовище, отже, для нагрівання робочої кінця термопари потрібна менша потужність. Розширення меж вимірювань термоелектричних амперметрів на струми до 1 А проводиться включенням вимірювального механізму з окремими термоперетворювачами на кожен межа вимірів. При вимірюванні струмів понад 1 А для розширення меж вимірювань користуються високочастотними вимірювальними трансформаторами струму. У термоелектричних вольтметрах розширення меж вимірі проводиться за допомогою додаткових резисторів, що включаються послідовно з нагрівачем. Основною перевагою термоелектричних приладів є висока точність вимірювань в розширеному діапазоні частот і при зміненій формі вимірюваного струму або напруги. Сучасні термоперетворювачі використовують як на постійному струмі, так і на частотах аж до 100 МГц. Однак на частотах приблизно 5-10 МГц частотна похибка термоелектричного приладу може досягати 5-10%. Пояснюється це тим, що із збільшенням частоти внаслідок поверхневого ефекту підвищується опір нагрівача. Крім того, при дуже високих частотах частина вимірюваного струму відгалужується через власні ємності, минаючи нагрівач.
До недоліків термоелектричних приладів слід віднести
малу перевантажувальну здатність,
обмежений термін служби термоперетворювачів,
залежність показань приладу від температури навколишнього середовища,
значне власне споживання потужності (у амперметра на 5 А приблизно 1 В-А,
Промисловість випускає багатограничні переносні термоелектричні прилади, призначені для вимірювання змінних і постійних струмів від 100 мкА до 100 А, напруг - від 150 мВ до 600 В. Прилади працюють в діапазоні від постійного струму до частот 50 МГц, клас
58) Детекторна система.
Будова приладів цієї системи заснована на тому, що змінний струм випрямляється за допомогою випрямляча, вмонтованого в самому приладі. Отриманий постійний пульсуючий струм після випрямлення вимірюється за допомогою чутливого приладу магнітоелектричної системи.