2.5 Индукционные приборы

Принцип действия индукционных измерительных механизмов основан на взаимодействии магнитных потоков электромагнитов и вихревых токов, индуктированных магнитными потоками в подвижной части, выполненного в виде алюминевого диска (рисунок 2.12)

Рисунок 2.12

Магнитные потоки Ф₁ и Ф₂ электромагнитов 1 и 2, создаваемые переменными токами I₁ и I₂ пронизывают алюминевый диск 4 подвижной части, расположенный в зазорах магнитопровода и наводят в диске соответственно токи I_1Д и I_1Д. Анализ работы прибора показывает, что вращающий момент пропорционален произведению переменных составляющих токов I₁ и I₂

M_вр= k f I₁I₂ sin , (2.24)

где k – коэффициент пропорциональности,

f – частота токов I₁ и I₂,

  фазовый сдвиг между токами.

Из (2.24) следует, что вращающий момент, а, следовательно, и показания пропорциональны действующему значению тока подаваемого на прибор. Постоянным магнитом 3 и диском 4 осуществляется магнитоиндукционное успокоение подвижной части. Применяются индукционные приборы в интегрирующих приборах (счетчиках электрической энергии переменного тока). Действительно, подключая одну из катушек электромагнитов последовательно с нагрузкой, а другую катушку к источнику напряжения U, получим

M_вр = k f U I cos ,

где U I cos = P_a – активная мощность, выделяемая на нагрузке.

2.6 Электромеханические измерительные приборы с преобразователями

При измерении переменного тока в диапазоне звуковых и высоких частот возникают определенные трудности как в связи с влиянием паразитных параметров измерительного прибора на измеряемую цепь, так и с невозможностью работы в этом диапазоне того или иного измерительного прибора. Возникающие при этом трудности бывают настолько велики, что прямые методы измерения тока и напряжения электромеханическими приборами приходится заменять другими: косвенными или с измерительными преобразователями. В качестве преобразователей переменного тока в постоянный используют выпрямительные и термоэлектрические преобразователи.

В выпрямительных приборах, выполненных чаще всего на полупроводниковых диодах, используют одно– и двухполупериодные схемы выпрямления. При использовании схемы однополупериодного выпрямления (рисунок 2.13,а) через измерительный прибор магнитоэлектрической системы проходит только одна полуволна переменного тока, а обратная пропускается через диод Д₂ и резистор R. Цепь из диода Д₂ и резистора R, равного сопротивлению прибора, используют для выравнивания обеих полуволн тока в общей цепи, а также для защиты от пробоя диода Д₁ при обратной полуволне напряжения. Постоянная составляющая выпрямленного тока фиксируется прибором магнитоэлектрической системы и может быть определена из выражения

, (2.25)

где i(t)₊  положительная полуволна мгновенного значения измеряемого тока,

T – период переменного тока.

Рисунок 2.13

При использовании схемы двухполупериодного выпрямления выпрямленный ток проходит через измерительный прибор в обе половины периода и, следовательно, чувствительность этих схем выше, чем однополупериодных (рисунок 2.13,б). Постоянная составляющая, называемая средневыпрямленным значением тока фиксируется магнитоэлектрическим амперметром и определится

, (2.26)

где  мгновенное значение измеряемого тока, взятое по модулю.

Следовательно, для нахождения показаний измерителя тока, использующего одно – или двухполупериодные схемы выпрямления для любой формы тока i(t), необходимо найти аналитическое выражение тока, подставить его в одну из формул 2.25 или 2.26, и, решив интеграл, найти искомое значение выпрямленного или средневыпрямленного тока.

Для измерения напряжения выпрямительными приборами используют последовательно включенные добавочные сопротивления. Используются выпрямительные приборы для измерения токов и напряжения в диапазоне до50 кГц. Класс точности приборов обычно 1,5; 2,5.

Термоэлектрический прибор представляет собой соединение одного или нескольких термопреобразователей и магнитоэлектрического измерительного прибора. На рисунке 2.14 показано устройство термопреобразователя, состоящего из термопары 1 и нагревателя 2, в качестве которого используют проволоку, допускающую длительный нагрев. При пропускании тока I_x через нагреватель он нагревается, и на свободных концах термопары возникает термо-э.д.с., которая вызывает ток через измерительный механизм. Термо-э.д.с., развиваемая термопреобразователем, пропорциональна количеству теплоты, выделенной измеряемым током в нагревателе, которое, в свою очередь, пропорционально квадрату действующего (среднеквадратического) значения измеряемого тока. Магнитоэлектрический измерительный прибор, измеряемый термо-э.д.с., градуируется в действующих значениях измеряемого тока.

Рисунок 2.14

Прибор может измерять переменные и постоянные токи по одной шкале; показания прибора не зависят от формы кривой переменного тока; градуировку прибора можно производить на постоянном токе. Термоэлектрические приборы позволяют измерять токи от единиц миллиампер до нескольких сот ампер на частотах до нескольких сот мегагерц, имея класс точности 1,0 – 4,0.