Практическое занятие 2. Измерительные приборы. Изучение конструкции, принципа действия и схем включения.

Ц е л ь р а б о т ы: практическое знакомство с устройством, принципом действия и схемами включения измерительных приборов.

1. Задание к самостоятельной работе.

1. Ознакомиться с устройством и принципом действия электроизмерительных приборов магнитоэлектрической, электромагнитной, электродинамической и индукционной систем /1, с.252-269/; /2, с.252-289/; /3, с.262-294, 299-310/.

2. Вычертить схемы включения, описать устройство и принцип действия электроизмерительных приборов.

3. Указать достоинства и недостатки приборов различных систем.

2. Общие сведения.

Электроизмерительным прибором называется совокупность деталей и механизмов, служащих для непосредственного измерения какой-либо электрической величины.

2.1.Погрешности измерительных приборов.

В результате несовершенства конструкции, отклонений параметров элементов приборов в пределах полей допусков, влияния различных внешних факторов, действительное значение измеряемой величины всегда отличается от показаний прибора.

Разность между показанием измерительного прибора А_пр и действительным значением измеряемой величины А_д называют абсолютной погрешностью измерительного прибора:

А = А_пр - А_д

Абсолютная погрешность недостаточно характеризует точность прибора. Так, амперметры на 10 А и 1 А, имеющие абсолютную погрешность А = 0,01 А, не могут считаться одинаково точными.

Точность измерительных приборов обычно оценивают приведенной погрешностью, под которой понимают отношение абсолютной погрешности прибора к пределу измерения его - Х_пр.

Величина приведенной погрешности измерительного прибора характеризует его класс.

2. Для характеристики электроизмерительных приборов применяются следующие основные показатели:

1.) чувствительность - число делений шкалы, приходящееся на единицу измеряемой величины;

2. номинальная величина прибора - наибольшее напряжение, ток и мощность, которые могут быть измерены данным прибором;

3. постоянная прибора - значение измеряемой величины, вызывающее отклонение подвижной части прибора на одно деление шкалы;

4. класс точности - величина абсолютной погрешности, выраженная в процентах от максимального деления шкалы. Согласно ГОСТу приборы по степени точности делятся на 8 классов: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0.

3. По способу преобразования электромагнитной энергии, подводимой к прибору, в механическую энергию подвижной части и по конструктивным особенностям измерительного механизма приборы разделяют на следующие системы: магнитоэлектрическую, электромагнитную, электродинамическую, индукционную, тепловую, электростатическую и т.д.

Приборы магнитоэлектрической системы.

Электроизмерительные приборы магнитоэлектрической системы предназначаются для измерения напряжения и силы тока в цепи постоянного тока.

Принцип действия и устройство. Работа магнитоэлектрических приборов основана на взаимодействии магнитного потока постоянного магнита и тока, проходящего по обмотке подвижной катушки, помещенной в этом магнитном поле. Схематическое устройство прибора магнитоэлектрической системы показано на рис.2.1.

В воздушном зазоре (1) между неподвижным стальным цилиндром (2) и полюсными наконечниками ( S) неподвижного постоянного магнита расположена алюминиевая рамка с катушкой (3), состоящей из нескольких витков изолированной проволоки. Катушка жестко соединена с двумя полуосями ( и О^/), сидящими в подшипниках. На полуоси -О^/ закреплены указательная стрелка (4) и две спиральные пружины (5), через которые к катушке подводится измеряемый ток.

Полюсные наконечники ( S) и стальной цилиндр (2) обеспечивают в зазоре (1) равномерное и радиальное распределение индукции магнитного поля. В результате взаимодействия магнитного поля с током в проводниках катушки (3) создается вращающий момент. Рамка с катушкой при этом поворачивается и стрелка отклоняется. Спиральные пружинки (5) создают противодействующий момент, пропорциональный углу закручивания. Они же возвращают стрелку в нулевое положении, когда рамка обесточена.

Рис.2.1. Схема устройства прибора магнитоэлектрической системы.

Направление вращающего момента (определяемое правилом левой руки) изменяется при изменении направления тока. При включении прибора магнитоэлектрической системы в цепь переменного тока на катушку действуют быстро изменяющиеся по величине и направлению механические силы, среднее значение которых равно нулю. В результате стрелка прибора не будет отклоняться от нулевого положения, поэтому эти приборы нельзя применять непосредственно в цепях переменного тока.

В приборах магнитоэлектрической системы успокоение (демпфирование) стрелки происходит благодаря тому, что при перемещении алюминиевой рамки (3) в магнитном поле постоянного магнита (S) в ней индуктируются вихревые токи. Направление этих токов по правилу Ленца таково, что они противодействуют вращению рамки и быстро успокаивают ее колебания.

Достоинства приборов: высокая точность, чувствительность, незначительное потребление энергии, равномерность шкалы и малая зависимость показаний от влияния внешних магнитных полей.

Недостатки приборов: чувствительность к перегрузкам, пригодность для прямых измерений только при работе на постоянном токе, относительно высокая стоимость.