ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

1. Классификация электроизмерительных приборов

Все электроизмерительные приборы классифицируются по следующим основным признакам:

- по роду измеряемой величины (амперметры, вольтметры и др.);

- по роду тока (приборы постоянного тока, переменного тока, приборы постоянного и переменного тока);

- по принципу действия (магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, индукционные, тепловые, электростатические и др.);

- по степени точности.

В зависимости от конструкции приборы предназначены для работы в определенном положении. На шкале прибора обычно ставится знак, указывающий на вертикальное, горизонтальное или наклонное положение.

В Приложении 1 приведены некоторые обозначения, наносимые на панель приборов и указывающие на основные классификационные признаки электроизмерительных приборов.

2. Основные системы электроизмерительных приборов Магнитоэлектрическая система

В приборах магнитоэлектрической системы используется взаимодействие магнитного поля постоянного магнита и проводника с током, выполненного в виде катушки или рамки (рис. 1).

Между полюсными наконечниками постоянного магнита помещен стальной цилиндрический сердечник 1, который позволяет получить в зазоре сильное равномерное радиальное поле. Между сердечником и полюсными наконечниками находится прямоугольная рамка 2 из проволоки, намотанной на каркас. Рамка, с которой скреплена рамка указателя, может поворачиваться на полуосях.

П ри прохождении тока по обмотке рамки на нее действует вращающий момент M_ВР = BSI = k₁I ,

где  - число витков рамки; B - магнитная индукция в зазоре; S - площадь поперечного сечения рамки; I - величина, протекающего по рамке тока.

Противодействующий момент M_УПР создается пружинами, скрепленными с рамкой и неподвижной частью измерительного механизма (на схеме пружины не показаны). Противодействующий момент пропорционален углу закручивания, т.е.

М_УПР = k₂  ,

где k₂ - удельный коэффициент кручения пружины.

Вследствие радиальности магнитного поля в зазоре, в котором расположена рамка, ее угол поворота в широких пределах пропорционален силе тока I, поэтому шкала в магнитоэлектрических приборах равномерная. Действительно, равновесие подвижной части прибора наступает при равенстве моментов, т.е.

M_ВР = М_УПР или k₁ I = k₂  .

Следовательно

I ~  ~ n ,

где n - число делений, отсчитываемое стрелкой на пропорциональной шкале.

Достоинствами приборов магнитоэлектрической системы являются: высокая чувствительность и точность показаний; слабое влияние внешних магнитных полей; малое потребление энергии; равномерность шкалы.

К недостаткам относятся: сравнительная сложность устройства и возможность измерений только в цепи постоянного тока.

Электромагнитная система

Принцип действия приборов электромагнитной системы основан на взаимодействии магнитного поля катушки, по которой протекает измеряемый ток, и подвижного железного сердечника, намагниченного полем катушки (рис. 2).

Неподвижная катушка 1 имеет узкую щель, в которую может втягиваться (при прохождении тока по обмотке) сердечник 2 из мягкого железа особой формы, эксцентрично насаженный на ось 3. На этой же оси закреплена стрелка.

Магнитное поле катушки пропорционально величине протекающего по обмотке тока, намагничивание железного сердечника также увеличивается с увеличением тока. Можно приблизительно считать, что вращающий момент пропорционален квадрату силы тока, т.е.

М_ВР = k₁ I ² ,

где k₁ - коэффициент пропорциональности, зависящий от конструкции прибора.

Противодействующий момент M_УПР , создаваемый пружиной при закручивании,

M_УПР = k₂  .

Равновесие подвижной части прибора наступает при условии

k₂  = k₁ I ² , т.е  ~ I ² .

Эта зависимость показывает, что угол поворота стрелки пропорционален квадрату силы тока, т.е. шкала приборов этой системы неравномерная, квадратичная.

Так как сердечник 2 изготавливается из мягкого железа, и поэтому будет втягиваться в зазор катушки 1 при любом направлении измеряемого тока, проходящего через нее, то приборы электромагнитной системы пригодны для измерения как постоянного, так и переменного тока.

Достоинствами приборов этой системы являются: возможность измерения в цепях постоянного и переменного токов; простота конструкции; механическая прочность; выносливость в отношении перегрузок.

К недостаткам этих приборов относятся: большое потребление энергии, вследствие чего они не пригодны для измерения малых токов и напряжений; чувствительность к внешним магнитным полям; относительно низкая точность; неравномерность шкалы.