Приборы ферродинамической системы
Принцип действия. У приборов ферродинамической и электродинамической систем одинаковый принцип действия. Особенностями являются усиление магнитной индукции за счет дополнительного магнитопровода и, как следствие, значительное увеличение вращающего момента и повышение чувствительности приборов.
Устройство. Соединенные между собой неподвижные катушки 2 (рис. 12) заключены в магнитопровод 3, набранный из листов электротехнической стали. Внутри неподвижных катушек закреплен неподвижный ферромагнитный цилиндр 4. В воздушном зазоре между катушками и цилиндром помещена подвижная катушка 1, укрепленная на полуосях. Она может перемещаться, не касаясь цилиндра и катушек.
Прибор имеет детали, общие для всех систем: противодействующие пружины, стрелку, шкалу, магнитоиндукционный успокоитель и корректор.
Схемы включения определяются видами измеряемых величин и аналогичны включению амперметра, вольтметра и ваттметра электродинамической системы.
Достоинства и недостатки. Достоинствами приборов являются незначительное влияние внешних магнитных полей (магнитные потоки внешних полей замыкаются в основном через экранирующий магнитопровод с высокой магнитной проницаемостью), большой вращающий момент, прочная конструкция, устойчивость к вибрациям и ударам, а также небольшая потребляемая мощность.
Недостатками являются дополнительные погрешности из-за влияния гистерезиса и вихревых токов, а также зависимость показаний от частоты. Класс точности щитовых приборов невысок – обычно 1,5; 2,0. В переносных приборах с магнитопроводом из пермаллоя класс точности повышается до 0,2; 0,5.
Рис. 12
Область применения. Приборы чаще всего применяют для измерений в цепях переменного тока в качестве ваттметров, частотомеров, фазометров, реже – в качестве вольтметров и амперметров, а также в самопишущих устройствах. Приборы устанавливают на щитах и пультах для контроля электрических цепей, переносные приборы используют для лабораторных и технических измерений.
Приборы электростатической системы
Принцип действия. Перемещение подвижной части приборов этой системы происходит в результате взаимодействия электрически заряженных пластин (проводников), разделенных диэлектриками. При перемещении подвижной части изменяется емкость между пластинами вследствие изменения их площади или расстояния между ними.
В приборах с изменяющейся площадью пластин при включении в измеряемую цепь неподвижные пластины заряжаются одноименными зарядами, а подвижная пластина – зарядом противоположного знака. Под действием сил электрического поля подвижная пластина притягивается к неподвижным, поворачивается на оси и входит в зазор между ними, перемещая стрелку вдоль шкалы.
При равенстве зарядов неподвижной qн и подвижной qп пластин, неизменности емкости С прибора: qн = qп = CU, а сила взаимодействия между пластинами: F = kqнqп;
F = k1U2. (19)
Вращающий момент пропорционален силе взаимодействия F:
Mвp = k2F=k1k2U2 = k3U2.
При равновесии Mвp = Мпр, или k3U2 = D .
Откуда: = k3U2/D;
= k4U2, (20)
где k4 = k3/D – постоянная прибора, зависящая от конструкции прибора.
Шкала прибора квадратична.
Устройство. Неподвижная часть (рис. 13) состоит из системы параллельных неподвижных пластин 1.
Стрелка 2 и подвижная часть, представляющая секторообразную алюминиевую пластину 4, – укреплены на оси 3. Остальные детали – подпятники, противодействующая пружина, балансные грузики, корректор, шкала, воздушный или магнитоиндукционный успокоитель – подобны деталям приборов других систем.
Рис. 13
Приборы с изменяющимся расстоянием между пластинами состоят из двух неподвижных пластин, одна из которых при измерениях заряжается положительно, а другая – отрицательно. Между ними размещается подвижная пластина, электрически соединенная с одной из неподвижных. В результате взаимодействия подвижная пластина отталкивается от одной неподвижной пластины и притягивается к другой, перемещая ось и стрелку на угол .
Приборы пригодны только для измерения напряжения (постоянного и переменного). Включаются в измеряемую цепь по схеме включения вольтметра (рис. 14).
Рис. 14
Достоинства и недостатки. Приборы практически нечувствительны к внешним магнитным полям, к изменениям частоты измеряемых токов и температуры окружающей среды, имеют ничтожную потребляемую мощность, пригодны для измерений в цепях переменного и постоянного токов. К недостаткам относят нелинейность шкалы, зависимость показаний от внешних электрических полей и низкую чувствительность.
Область применения. Электростатические приборы применяют в основном для лабораторных измерений в высоковольтных мощных цепях устройств проводной и радиосвязи. Применяют вольтметры С-53 различных модификаций класса точности 0,5 и С-50 класса точности 1,0 с пределами измерений от 30 В до 3 кВ. Для измерения больших напряжений применяют киловольтметры С-110, С-196 класса точности 1,0 с пределом измерений до 100 кВ.