книги из ГПНТБ / Попов В.С. Электрические измерения (с лабораторными работами) учебник

асредний за период вращающий момент

т• ч

и

Положение равновесия подвижной части определяется равенством

МС р = МП р,

Следовательно, при переменном токе вращающий момент и угол поворота подвижной части измерительного меха­ низма завпеят от произведения действующих значений токов в катушках и косинуса угла сдвига фаз между ними.

Измерительные механизмы логометров электродинами­ ческой системы имеют различное устройство. Схема устрой­ ства одного из них дана на рис. 2-15. Взаимодействие тока / , проходящего по неподвижной катушке А, состоящей из двух частей, с токами 1Х и / 2 , проходящими по подвижным катушкам i и 2, создает два вращающих момента Мх и М 2 , направленных в разные стороны. Разность этих моментов вызывает поворот подвижной части на угол, при котором вращающие моменты взаимно уравновесятся.

В этом случае

GO

пли

(.2-19)

\ll cos \\\]

Написанное выражение показывает, что угол поворота подвижной части логометра определяется отношением слагающих токов в подвижных катушках, совпадающих по фазе с током в неподвижной катушке (рис 2-15, вектор­ ная диаграмма).

Отсутствие стальных деталей в измерительном меха­ низме, а следовательно, отсутствие погрешности от гисте­ резиса и вихревых токов делает возможным изготовлять механизмы этой системы, обеспечивающие высокую точ­

Р и с . 2-15. Схема устройства измерительного ме­ ханизма логометра электродинамической системы и его векторная диаграмма.

ность измерений. Слабое магнитное поле электродинами­ ческих механизмов обеспечивает получение только неболь­ ших вращающих моментов, что требует уменьшения трения в опорах и погрешности от трения. Последнее дости­ гается возможный уменьшением массы подвижной части, тщательным подбором материалов для опор й осей и соот­ ветствующей их обработкой. Все это, с одной стороны, повышает стоимость прибора, с другой, приводит к повы­ шенной чувствительности механизма к перегрузкам и механическим воздействиям. Следовательно, эти механи­ змы требуют особого ухода и обслуживания.

Слабое магнитное поле этих измерительных механиз­ мов делает их чувствительными к влиянию внешних маг­ нитных полей, как это имело место в электромагнитных измерителях. Для уменьшения этой чувствительности применяются рассмотренные в § 2-2 средства: астатирование и экранирование.

G 1

Астатический измерительный механизм (рис. 2-16) содержит две пары катушек. Поля неподвижных катушек направлены взаимно противополояшо. Также противоположно направлены токи в подвижных катушках, поэтому вращающие моменты, действующие на под­ вижные катушки, направлены одинаково. Ослабление влияния внешнего поля производится, как

было показано в § 2-2.

2-4. Ф Е Р Р О Д И Н А М Н Ч Е С К А Я СИСТЕМА

ского, отличается от последнего наличием магнитопровода из магиитомягкого материала. Устройство одного из

токов укреплена на одной оси со стрелкой.

Ввоздушном зазоре возникает

торый, как и в электродинамическом механизме, пропор­ ционален произведению действующих значений токов в катушках и косинусу угла сдвига фаз между иимиа т. е.

Мер = hhh cos

62

Малое сопротивление магнитной цепи обеспечивает получение весьма значительной индукции в воздушном зазоре и большого вращающего момента. Последнее обсто­ ятельство дает возможность увеличить массу подвижной части без увеличения погрешности от трения и получить прочную подвижную часть.

Применение стали влечет за собой появление погреш­ ности от гистерезиса и вихревых токов и значительное

тами.

по, так как имеются эффективные средства защиты от влияния внешнего магнитного поля (астатирование, экра­ нирование). Поэтому более существенной является боль­ шая основная погрешность приборов ферродинамической системы (по сравнению с погрешностью электродинамиче­ ских приборов).

На рис. 2-18 и 2-19 показаны устройства измеритель­ ных механизмов с двумя и тремя элементами, каждый из которых имеет неподвижную и подвижную катушки. По­ движные катушки укреплены на одной оси со стрелкой. Вращающий момент, действующий на подвижную часть, равен алгебраической сумме момеитов отдельных эле­ ментов.

На рис. 2-20 показана схема устройства одного из ферродинамических логометров. Две неподвижные катушки Ах и Аг укреплены на стальных сердечниках. Две лодвиж-

63

ные катушки Бх и Б2 укреплены на оси. Ток к подвижным катушкам подводится при помощи безмоментных подводок.

метры применяются для измерения частоты, сдвига фаз, емкости и т. п.

2-5. И Н Д У К Ц И О Н Н А Я СИСТЕМА

В индукционных измерительных механизмах' переме­ щение подвижной части происходит вследствие взаимодей­ ствия переменных магнитных потоков с токами, наведен­ ными в диске подвижной части механизма.

Схема устройства двухпоточного индукционного меха­ низма дана на рис. 2-2.1. Алюминиевый диск, укрепленный

пронизывая диск Д, индуктируют в нем э. д. с. Е\ и Е'г, отстающие по фазе от соответствующих потоков на угол

64

г

Р п с . 2 - 21 . Устройство ин­ дукционного измерительно­ го механизма.

Полученный интеграл известен из электротехники и встречался выше. Действительно, среднее за период зна-

чение произведения двух синусоидальных величин равно половине произведения их амплитудных значений и коси-

нуса угла сдвига между ними, поэтому

Мх = кг p L Ф т г Л cos (90° - г|>) = ~ L Ф т й / [ sin ip.

Аналогично среднее за период значение второго мо­

занные токи отстают по фазе от соответствующих маг­

Наведенные в диске э. д. с. равны:

£1 = С1/Ф,п1 и - ^ = с 2 / Ф т 2 ,

где сг и с2 — коэффициенты пропорциональности, а / — частота синусоидального тока.

По закону Ома токи в диске равны:

где г и и гД 2 — сопротивления путей тока в диске.

Из написанного следует, что вращающий момент индук­ ционного измерительного механизма пропорционален час­ тоте, амплитудам магнитных потоков, пронизывающих диск, и синусу угла сдвига между потоками. Если магнит­ ные потоки совпадают по фазе, то вращающий момент равен нулю, так как при яр == 0 sin яр = 0. Наоборот, при яр = 90° sin яр = 1 и момент имеет наибольшее значение.

Вследствие малого магнитного сопротивления цепи индукционные механизмы имеют сильное магнитное поле

66

Ь- о

аугол поворота подвижной части

а = А [ / ' = ^ ,

Следовательно, угол поворота подвижной части элект­ ростатического механизма пропорционален квадрату по­ стоянного напряжения пли квадрату действующего зна­ чения переменного напряжения на его зажимах, если про­ изводная от емкости по углу поворота подвижной части (dC/da) — величина постоянная.

Выбором формы пластин А и Б (рис. 2-25) и их взаим­ ным расположением получают такую зависимость dC/da — == / (а), при которой для малых напряжении dC/da имеет большие значения, а при больших напряжениях — малые, в результате чего шкала получается близкой к равномер­ ной в ее рабочей части.

Для повышения чувствительности измерительных меха­ низмов увеличивают число подвижных и неподвижных

30 В — 3 кВ; успокоитель У — магнитоиндукционный.

68

Схема устройства второй разновидности электростати­ ческих измерительных механизмов, применяемой в вольт­ метрах на средние и высокие напряжения (1—15 кВ), дана на рис. 2-26. Между двумя неподвижными пласти­

заряженные разноименно, притягиваются так, что пла­ стина Б перемещается, приближаясь к пластине А2. Это перемещение при помощи тяги передается указательной стрелке.

. В электростатических измерительных механизмах при­ меняют как воздушное, так и магнптоиндукционное успо­ коение.

Существенным является качество изоляции между пла­ стинами измерительного механизма, для чего применя­ ется керамическая изоляция (стеатит) с малым значением тангенса угла потерь.

На показания электростатических механизмов не влияют температура окружающей среды, частота и форма кривой напряжения, а также внешние магнитные поля,

69