книги из ГПНТБ / Быков М.А. Электрические измерения электрических величин [учеб. пособие]

лась градуировка прибора, и возникает температурная по­ грешность.

Для уменьшения температурных влияний в схемах с шун­ тами пользуются температурной компенсацией.

На рис. 111-14 приведены две схемы с температурной ком­ пенсацией, нашедшие широкое применение в магнитоэлектри­

меньше, чем при отсутствии этого сопротивления. Таким обра­ зом можно снизить температурную погрешность до 14-2% на

Рис. 111-14

Схема рис. 111-14, б применяется в амперметрах высокого класса точности. Ток в рамке находится в сложной зависимо­ сти от всех сопротивлений, входящих в последовательно-па­ раллельную схему, приведенную на рисунке. Подбором сопро­ тивлений Rl и R, выполненных из манганина, и R2, выполнен­ ного из меди, добиваются того, чтобы ток / менялся незначи­ тельно в довольно широком диапазоне температур и темпера­ турная погрешность не превышала допустимую по ГОСТ для каждого класса точности прибора.

В о л ь т м е т р ы

Вольтметры включаются в электрическую цепь параллельно сопротивлению нагрузки, напряжение на которой они измеря­ ют (рис. III-15). Магнитоэлектрический измерительный меха­ низм вольтметра включается последовательно с добавочным сопротивлением, как это показано на рис. III-16.

Для расчета добавочного сопротивления /?д о б необходимо знать собственное сопротивление рамки измерительного меха-

80

низма / ? и м , падение напряжения на рамке, отклоняющее стрел­ ку на всю шкалу, UnM и напряжение, на которое ведется рас­ чет, U.

тивление делается из манганина и монтируется обычно внутри прибора. В некоторых случаях пользуются и наружными до­ бавочными сопротивлениями.

Вольтметры выпускаются промышленностью на один и не­ сколько пределов. В многопредельных вольтметрах добавоч­ ное сопротивление состоит из нескольких, последовательно включенных сопротивлений, которые могут быть включены в той или иной комбинации в зависимости от выбранного преде­ ла измерения прибора.

Поскольку величина.добавочного сопротивления во много раз больше сопротивления рамки, а температурный коэффи­ циент манганина практически весьма близок к нулю, общий температурный коэффициент схемы получается ничтожно ма­ лым и температурной погрешностью вольтметра во многих случаях можно пренебречь.

Милливольтметры, в которых нет возможности включения значительных добавочных сопротивлений,' требуют примене­ ния особой схемы температурной компенсации.

Л о г о м е т р ы

Логометрами называют электроизмерительные приборы, измеряющие отношение двух токов или напряжений.

Измерительный механизм логометра магнитоэлектрической системы изображен на рис. II1-17.

Рис. Ш-17

Как видно из рисунка, подвижная часть механизма состоит из двух подвижных катушек А{ и А% жестко связанных одна с

другой под определенным углом (обычно под углом 120 или 90°).

создается в осевой продольной плоскости симметрии магнит­

чтобы эта моменты были направлены навстречу друг другу, как это показано стрелками на рисунке.

При увеличении тока в катушке Ах вся подвижная часть

начнет поворачиваться по часовой стрелке. Однако при этом

каком-то определенном положении наступит равенство момен­

82

Таким образом, можно считать, что один из моментов иг­ рает роль «вращающего», а второй — «противодействующего». Поскольку оба момента создаются электрически, спиральные пружинки в логометрах отсутствуют — в этом еще одна осо­ бенность логаметричеекого прибора.

Ток к катушкам в этих приборах подается через тонкие ленточки из серебряной фольги, обладающие ничтожной упру­

Если бы магнитное поле в воздушном зазоре было равно­ мерным и радиально направленным, как в обычном приборе магнитоэлектрической системы, индукция в зазоре не зависела бы от угла поворота катушек, так как была бы величиной по­ стоянной. В этом случае он не смог бы реагировать на отноше­ ние токов.

тричеоких величин. Основным достоинством логометрическнх приборов является независимость их показаний от напряже­ ния источника питания (если обе катушки питаются от общего источника). При увеличении или уменьшении напряжения пи­ тающего источника пропорционально увеличатсяили умень­ шатся токи в обеих рамках, а отношение их останется тем же.

V 83

опорах и противодействующий момент, возникающий в токоподводящих ленточках. Чрезмерное увеличение напряжения может вызвать перегрев проводов и сопротивлений схемы при­ бора, что в свою очередь изменяет режим работы и увеличи­ вает погрешности измерения. .

П р и б о р ы э л е к т р о м а г н и т н о й с и с т е м ы

В приборах электромагнитной системы перемещение под­ вижной части механизма происходит в результате взаимодей­ ствия магнитного поля неподвижной катушки, обтекаемой то­ ком, и одного или нескольких подвижных и неподвижных фер­ ромагнитных сердечников.

Измеряемый ток, протекая по неподвижной катушке, вызы­ вает появление магнитного поля; под действием этого поля подвижный ферромагнитный сердечник, укрепленный на оси прибора, намагничивается и стремится занять такое положе­ ние, при котором магнитный поток и потокосцепление катушки были бы максимальны.

Для вывода уравнения шкалы прибора воспользуемся об­ щим законом электродинамики (Ш-2), справедливым для всех

При выводе уравнения приняты во внимание следующие об­ стоятельства:

а) величина индуктивности катушки зависит от положения сердечника, т. е. от угла поворота системы L=f(a)—чем

больше сердечник втянут в катушку, тем больше ее индуктив­ ность;

84

6) величина тока, протекающего в катушке, не зависит от положения сердечника и определяется только двумя парамет­

рах создается спиральными пружинами и может быть найден

Из уравнения следует, что отклонение подвижной части меха­ низма пропорционально двум величинам: квадрату тока, про-

ді

текающего в катушке, и множителю —^-> характеризующему

изменение индуктивности катушки по мере втягивания сердеч­ ника в катушку.

Если бы величина —^- была постоянной, что конструктив­ но сравнительно легко осуществляется, то шкала прибора была бы квадратичной и неудобной для пользования из-за

присутствия в уравнении (III-14) квадрата тока Р.

Для «выпрямления» шкалы пользуются искусственным приемом: придавая сердечнику соответствующую форму и оп­ ределенным образом располагая его по отношению к катуш-

dL

ке, воздействуют на множитель —^- так, чтобы его величина

с углом поворота системы менялась по гиперболическому за­ кону, что скомпенсирует квадратичность шкалы.

85

На рис. ІII-IS /представлена желательная характеристика dL

изменения - ^ - с углом поворота а, вызывающая «выпрямле­ ние» шкалы. Из характеристики видно, что на начальном уча­

невозможно осуществить.

' d t

äLot

Рис. 111-18

По этой причине подбором формы, размеров и взаимного расположения сердечника и катушки удается приблизить шкалу прибора к равномерной на всех участках, кроме на­ чального, т. е. начиная примерно с /=0,2 / н о м . При меньших

значениях измеряемого тока шкала 'становится резко неравно­ мерной и столь сильно сжатой, что пользоваться в этой части ею практически невозможно.

Устройство одной из возможных конструкций измеритель­ ного механизма электромагнитной системы изображено на рис. III-19.

Рис. Ш-19

Основными деталями измерительного механизма являются: плоская прямоугольная катушка / с узким воздушным зазо­ ром 2, ферромагнитный сердечник 3, эксцентрично закреп-

86

Ферромагнитный сердечник 3, имеющий обычно неправильную

магничивается и стремится занять положение, при котором его пронизывал бы наибольший магнитный поток, т. е. будет втягиваться в катушку по мере увеличения протекающего по ней тока.

Приборы рассмотренного типа носят название приборов с

дечник 1 укреплен на внутренней поверхности катушки, а под­ вижный сердечник 2 — на оси прибора. При протекании по ка­ тушке измеряемого тока оба сердечника намагничиваются в одном и том же направлении, вследствие чего между ними воз­ никает сила взаимного отталкивания, т. е. появляется некото­ рый вращающий момент.

Действие приборов с круглой катушкой сходно с действием

87

вает частотную зависимость показаний прибора на перемен­ ном токе.

Сердечники электромагнитных приборов выполняются из специальных сплавов с высокой магнитной проницаемостью и небольшой коэрцитивной силой.

В электромагнитных приборах используется воздушное ус­ покоение подвижной части. В некоторых конструкциях вместо воздушного применяется магнитоиндукционное успокоение, но тогда требуется специальное экранирование прибора, устра­ няющее влияние магнитного поля постоянного магнита успо­ коителя на собственное магнитное поле прибора.

Общие свойства электромагнитных приборов

Электромагнитные приборы могут работать на постоянном и переменном токе. При перемене направления тока в катушке ферромагнитный сердечник, изготовленный из магнитомягкого материала, легко перемагничіивается, 'вследствие чего на­ правление вращающего момента остается прежним.

Шкала электромагнитных приборов градуируется в дейст­ вующих значениях переменного тока, так как вращающий мо­

появляется (погрешность вследствие возникновения гистерези­

окружающих металлических частях. Вихревые токи создают собственное магнитное поле, направленное навстречу полю, их вызвавшему, что ослабляет результирующее поле и уменьшает показания прибора.

Выбором специальных материалов сердечника (пермаллой и др.) погрешности от гистерезиса и вихревых токов уменьша­ ют до десятых долей процента.

У вольтметров электромагнитной системы (см. ниже) «а переменном токе возникает еще погрешность, вносимая индук­ тивным сопротивлением катушки прибора.

Электромагнитные приборы менее чувствительны, чем магнитоэлектрические. Рабочий магнитный поток в этих при-

88

борах полностью создается измерямым токам и замыкается целиком по воздушному пути, обладающему большим магнит­ ным сопротивлением. Низкая чувствительность особенно ска­ зывается в области малых 'величин, т. е. в начале шкалы.

Мощность, потребляемая приборами электрЪмагнитной си­ стемы, колеблется от 0,5 до 1,5 вт.

Достоинствами электромагнитных приборов являются про­ стота конструкции, дешевизна и надежность в работе. То об­ стоятельство, что измеряемый ток протекает по неподвижной катушке, а не по рамке, как в приборах почти всех других си­ стем, 'позволяет увеличить запас прочности механизма и рас­ считывать прибор на значительные перегрузки.

Приборы электромагнитной системы подвержены влиянию внешних магнитных полей, что объясняется слабым собствен­ ным магнитным полем катушки.

Если в магнитоэлектрическом механизме магнитное поле возникает от сильного постоянного магнита и проходит почти целиком по ферромагнитному материалу, то в электромагнит­ ном механизме оно вызывается измеряемым током (иногда очень небольшим), протекающим по катушке, и распространя­ ется по воздуху. По этой причине собственное поле в приборе

Другой способ защиты прибора от влияния внешних полей заключается в астазировании измерительного механизма.

Конструкция астатического прибора электромагнитной си­ стемы схематически изображена на рис. III-2-1, а.

Рис. Ш-21

89