6. Будова і основні особливості вимірювальних приладів електромагнітної системи.

В залежності від того, яке фізичне явище використовується в даному приладі для вимірювання, електровимірювальні прилади поділяються на системи. Розрізняють такі основні системи електровимірювальних приладів: магнытоелектрична, електромагнітна, електродинамічна, індукційна, електростатична.

Принцип дії приладів електромагнітної системи заснований на взаємодії магнітного поля котушки, по якій протікає вимірювальний струм, і залізного осердя, якие є одночасно рухомою частиною. На рис. 1.2. приведена конструкція приладу цієї системи, яка найчастіше зустрічається.

С

Рис. 1.2

трум, який необхідно виміряти, проходить по котушки 1, що має плоску форму з вузькою щілиною. Залізне осердя 2, яке має форму еліпса, закріплене ексцентрично на осі і може входити в щілину котушки, обертаючись навколо цієї осі . Під дією магнітного поля котушки осердя намагається розміститися так, щоб його поверхню перетинало як найбільше ліній індукції. Із збільшенням сили струму в котушці 1 осердя 2 буде з більшою силою втягуватись в щілину котушки, і тим самим повертати на більший кут вісь , до якої прикріплена тоненька алюмінієва стрілка 3. Момент протидії створюється спіральною пружиною 4.

Прилади електромагнітної системи мають повітряний заспокоювач - циліндричну камеру , в якій рухається легкий алюмінієвий поршень . При обертанні осердя на поршень діє сила опіру повітря, внаслідок чого коливання рухомої частини приладу швидко згасає.

Залізний сердечник 2 втягується в щілину котушки 1 тим сильніше, чим більша величина магнітного потоку всередині щілини і чим більша намагніченість самого осердя. В першому наближенні можна вважати, що і величина магнітного потоку всередині щілини, і намагніченість осердя пропорційні напруженості магнітного поля, яке створюється котушкою, а, значить, і силі струму в котушці. Отже, обертовий момент буде пропорційний квадрату сили струму, що протікає в котушці. Оскільки при зміні напрямку струму в котушці міняється як напрям магнітного поля, так і полярність намагнічення осердя, то зміна напрямку струму не викличе зміни напрямку обертового моменту, що діє на рухому частину приладу. Отже, прилади електромагнітної системи можуть бути використані як при вимірюванні на постійному, так і на змінному струмах. Із-за квадратичної залежності обертового моменту від сили струму, шкала приладів даної системи є нерівномірною. Переваги приладів електромагнітної системи:

а) можливість проводити вимірювання як постійного, так і змінного струму;

б) простота конструкції;

в) механічна стійкість (міцність);

г) витривалість до перевантажень.

Недоліки приладів даної системи:

а) нерівномірність шкали;

б) недостатня аперіодичність;

в) дещо менша точність, порівняно з приладами магнітоелектричної системи;

г) залежність показів від зовнішніх магнітних полів.

7.Означення класу точності на шкалі приладів.

Клас точності. Однією з важливих характеристик електровимірювального приладу є клас точності, який необхідно знати при визначенні похибки вимірюваної величини. Залежно від ступеня точності показів електровимірювальні прилади поділяються на сім класів, що позначаються відповідно числами: 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0. Клас точності приладу _{вказується на його шкалі числом, вміщеним всередині кола.}

_{Клас точності приладу, це задане у відсоткахв відношення допустимої основної абсолютної похибки приладу в робочій частині шкали до верхньої межі вимірювального приладу. Основною похибкою називається похибка при нормальних умовах роботи приладу (певна температура, нормальне положення приладу, відсутність магнітних і електричних полів і т.д.). Причинами основної похибки є тертя в опорах рухомої частини приладу, неточність градуювання і нанесення шкали і т.д.). Робочою частиною у випадку рівномірної шкали є вся шкала, для нерівномірної – від 25% до 100% від верхньої межі шкали.}

_{Для знаходження основної відносної похибки, заданої у відсотках, необхідно величину класу точності помножити на відношення верхньої межі вимірювання до значення виміряної величини. Наприклад, якщо амперметр з класом точності 0,5 і верхньою межею 5А показує 2,0А (рис. 1.12), то основна відносна похибка дорівнює:}

_{Враховуючи, що , де I – максимальна абсолютна похибка, I – виміряна величина, то абсолютна похибка в приведеному випадку становитиме:}

_{Ця абсолютна похибка має місце при будь-якому показі струму даним приладом. В той же час відносна похибка в різних ділянках шкали, тобто для різних показів приладу, має різне значення, причому, при наближенні показів приладу до початку шкали відносна похибка збільшується. Наприклад, якщо амперметр, що розглядався у вище наведеному прикладі, дає відлік 0,5А, то основна відносна похибка буде вже дорівнювати:}

_{Звідси випливає, що користуватися початковою частиною шкали приладу небажано. Тому для одержання точніших вимірювань рекомендується користуватися такими приладами, щоб шукана вимірювана величина була близькою до номінального (граничного) показу їх шкали. Наприклад, якщо необхідно виміряти струм, величина якого біля 2,5А, то при наявності двох амперметрів з однаковим класом точності і з верхньою межею у одного 10А, а в другого – 3А, доцільніше для більшої точності вимірювань використати амперметр з верхньою межею 3А. Цю вимогу задовольняють прилади, що мають кілька меж вимірювань.}

_{Додаткові похибки електровимірювальних приладів, які залежать від зміни температури, частоти струму, положення приладу, впливу зовнішніх магнітних полів, не повинні перевищувати значення класу точності.}

_{Таким чином, для розглянутого вище прикладу (показ амперметра дорівнює 2,5А), загальна відносна похибка, що складається з основної і додаткової, не повинна перевищувати 2%.}

8.Оптимізація електричних параметрів термопарного елемента. Умови одержання максимального перепаду температур.

Найпростіша модель термопарного елемента така

Рис. 1.4 Термопарний елемент:1,2-вітки n і p- типу провідності, 3-комутаційна перемичка.

Класичний термоелемент складається з двох термовіток, які електрично з’єднані між собою за допомогою комутаційних пластинок. Термовітки виготовлені з термоелектричних матеріалів: один , а другий – типу провідності. При температурі на спаях ,через термопару пропускається струм, протилежний її термоЕРС і це дозволяє розглядати термопару як найпростішу термоелектричну холодильну установку. Згідно з термодинамікою,на холодному спаї кожну секунду поглинається тепло , а на гарячому виділяється . При чому, вважається, що вітки термопари адіабатично ізольовані і теплообмін відбувається тільки на спаях. Тому

, де W – потужність струму.

Вирази для потоків тепла на теплопоглинаючих „холодних” і тепловиділяючих „гарячих” спаях термопарного елемента мають вигляд :

, (1.9)

, (1.10)

де , = - , , , , Т₁ і Т₀ – температури гарячих і холодних спаїв, І – електричний струм, Π – коефіцієнт Пельтьє, - диференційна термоЕРС, R і K – електричний опір і теплопровідність термоелемента, ρ і k – питомий електричний опір і коефіцієнт теплопровідності матеріалу віток, r_c – опір одиниці площі контакту вітки, S, l – площа перерізу та висота вітки, де індекси n і p відносяться до віток n і p типів відповідно.

Споживана термоелементом електрична потужність W знаходиться у відповідності з першим началом термодинаміки, як різниця:

. (1.11)

Найважливішим показником роботи охолоджувача, що характеризує його енергетичну ефективність, є холодильний коефіцієнт, який визначається як відношення:

, (1.12)

На практиці термоелемент завжди працює при струмах 25-80% від максимального струму. Тому важливою є оптимізація електричних параметрів роботи термоелекментів. Холодильний термоелемент може працювати у двох основних режимах:

• Режим ε_max – максимального холодильного коефіцієнта

• Режим Q_max – максимальної холодопродуктивності

Холодопродуктивнысть з врахуванням втрат: , легко бачити, що при певному значенні струму ефект Джоуля пепеважає ефект Пельтьє. Таким чином є межа можливості ефекту охолодження за методом Пельтьє, тому максимальна різниця температур буде тоді, коли ці ефекти будуть скомпенсовані:

, але такий режим роботи не представляє практичного састосування, однак для визначення якості термоелемента режим є надзвичайно важливим. Якщо втановити теплове навантаження на холодну сторону, то різниця температур зменшиться , . Призбільшенні теплового навантаження різниця температур буде зменшуватись, і коли , , З цих рівнянь: , звідки

Із співвідношення визначаємо оптимальний струм

Знаючи оптисальний струм можна визначити: , , Тоді