4.2 Измерительные мосты и компенсаторы

Мосты переменного и постоянного тока для измерения параметров электрических цепей

Виды мостов:

• по роду тока и назначению: мосты переменного и мосты постоянного тока;

• по степени уравновешивания: уравновешенные и неуравновешенные;

• по зависимости от частоты: частотно-независимые и частотно-зависимые.

Характеристики мостов:

1. Чувствительность мостов - предел отношения приращения выходного сигнала к приращению входной величины.

Виды чувствительности в зависимости от выходной величины: чувствительность по току, по напряжению, по мощности (входной величиной является измеряемая величина - сопротивление, индуктивность и др).

2. Сходимость мостов переменного тока - способность моста достигать состояния равновесия большим или меньшим числом поочередных переходов от регулировки одного параметра к регулировке другого.

Мостовые схемы

Широкое применение объясняется большой точностью, высокой чувствительностью, возможностью измерения различных величин.

По роду тока: мосты постоянного тока, мосты переменного тока. По уравновешенности: уравновешенные, неуравновешенные.

1). Переменный. При равновесии моста, ток в диагонали аб отсутствует. аб – измерительная диагональ.

2). Постоянный

Мосты могут выполнятся автоматическими.

(рис.2)

Автоматические мосты и потенциометры

Автоматическими называют мосты с автоматизированным процесссом уравновешивания. Они применяются для измерения и регистрации величин, а снабженные регулирующим устройством - для автоматического управления производственными процессами.. Автоматизация процесса уравновешивания в мостах переменного тока значительно сложнее. Автоматические мосты переменного тока для измерения и регистрации значения комплексного сопротивления должны иметь два регулирующих элемента (двигателя), которые обеспечивают два условия равновесия моста по модулю и по фазе. По точности автоматические мосты переменного тока уступают мостам постоянного тока.

Потенциометр (компенсатор)

Переменного и постоянного тока. Используются для измерения ЭДС, напряжений, токов и R.

Потенциометры переменного тока

Потенциометры переменного тока предназначены для измерения комплексных значений э.д.с, напряжений, токов и сопротивлений. 1

5.Аналоговые и цифровые измерительные приборы.

Измерительный прибор - средство измерений, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем

Аналоговые измерительные приборы

Аналоговые – приборы, показания которых являются непрерывной функцией измерений измеряемой величины.

Элементы аналоговых приборов:

- измерительная цепь – служит для преобразования измеряемой величины в : отсчетное устройство – состоит из указателя и шкалы и преобразует условные перемещения подвижной части в перемещение на расстояние, которое выражается в делениях шкалы.

Основное уравнение электромеханических приборов, поясняющее принципы их действия:

, где , х – входная величина; - угол поворота стрелки. - момент, возникающий в приборе под действием измеряемой величины и поворачивающий подвижную часть в сторону возрастающих показаний. М_{пртивдейст.} в общем случае может создаваться механическим и электрическим способом. Приборы, в которых М_вращ. создаётся электрическим способом называются логометры.

, - удельный противодействующий момент, зависящий только от свойств упругого элемента.

- основное уравнение. характеризирующее свойства прибора. (А – параметры прибора, х – измеряемая величина).

Классификация аналоговых приборов:

По способу создания вращающего момента (по способу преобразования э/м энергии в механическую) выделяют приборы:

- Магнитоэлектрические,

- электромагнитные,

- электростатические,

- индукционные и др.

Электромеханические измерительные приборы относят к группе аналоговых измерительных приборов. Аналоговые приборы классифицируют

по точности (классам точности),

по назначению (амперметры, вольтметры и т. д.),

по реализованному методу преобразования (прямое, компенсационное, смешанное преобразование) и некоторым другим.

По элементной базе выделяют электронные и электромеханические приборы, при этом в качестве индикаторов в аналоговых электронных приборах достаточно часто используются электромеханические измерительные механизмы.

Общие узлы и детали прибора:

1) Корпус прибора – защищает измерительный механизм от внешних воздействий;

2) Отсчетное приспособление – состоит из шкалы и указателя

3) Подвижная часть прибора – способ установки подвижной части определяется выбором элементов создающих противодействующий момент.

а) на опорах.

б) На растяжках. Представляют собой упругие ленты, прикрепленные одним концом к подвижной части прибора.

в) На подвесе. Подвес представляет собой тонкую упругую нить

4) Успокоитель. Требуемое время успокоения достигается путём применения успокоителя. Он создаёт при движении подвижной части динамический момент, стремящийся успокоить это движение. (момент успокоения).

а). Механические успокоители. (воздушные и жидкостные).

б). Магнитоиндукционные. Момент успокоения создаётся в результате успокоения магнитных полей магнита и вихревых токов, возникающих в движущихся металлических неферромагнитных деталях (крыло).

Принципы действия.

Магнитоэлектрические измерительные механизмы

Вращающий момент создаётся в результате взаимодействия магнитного поля постоянного магнита и магнитного поля проводника с током, выполняемого обычно в виде катушки (рамки). Подвижная рамка находится в равномерном радиальном магнитном поле при протекании по обмотке рамки тока, возникают силы, стремящиеся повернуть рамку перпендикулярно оси магнита.

Чувствительность не зависит от угла отклонения и постоянна по всей шкале => шкала равномерна и можно выпускать приборы комбинированными и многопредельными.

Электромагнитный измерительный механизм

Вращающий момент возникает в результате взаимодействия магнитного поля катушки, по обмотке которой протекает измеряемый ток I_X с одним или несколькими ферромагнитными сердечниками, обычно составляющими подвижную часть механизма.

Основные конструкции: с плоской катушкой, с круглой катушкой, с замкнутым магнитопроводом.

Электродинамические измерительные механизмы.

Вращающий момент возникает в результате взаимодействия магнитных полей неподвижной и подвижной катушки.

При наличии токов в обмотках катушек возникают силы, стремящиеся повернуть подвижную часть так, чтобы магнитные потоки I₁ и I₂ совпадали.

Ферродинамические механизмы.

Отличие от э/динамических в том, что у них неподвижная катушка расположена на сердечнике из ферромагнитного материала.

Электростатические измерительные механизмы

Вращательный момент возникает в результате взаимодействия двух систем заряженных проводников, одна из которых является подвижной. По конструкции различают: а). измерительный механизм с переменной активной площадью пластин (для низких напряжений – до сотен вольт); б). с переменным расстоянием между пластинами (для кВ).

Индукционныый измерительный механизм

Состоят из одного или нескольких неподвижных э/м-тов и подвижной части, выполненная обычно в виде алюминиевого диска, в котором переменные магнитные потоки Ф₁ и Ф₂ индуктируют вихревые токи. Взаимодействия магнитных потоков с токами в диске вызывает перемещение подвижной части.