книги из ГПНТБ / Сафонов А.С. Специальная электротехника учеб. для воен.-мор. команд.-инженер. училищ

взаимно компенсируются, в результате чего исключается влияние внешнего магнитного поля.

Ферродинамические приборы обычно применяются как технические приборы низших классов точности в ка­ честве ваттметров, частотомеров и фазометров. Кроме того, вследствие большого вращающего момента ферро-

б

Рис. 14.5. Устройство ферродинамического (а) и аста­ тического (б) приборов

динамические приборы изготовляются в виде самопишу­ щих амперметров, вольтметров и ваттметров.

§ 14.6. ПРИБОРЫ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

Принцип действия приборов электростатической си­ стемы основан на взаимодействии заряженных провод­ ников. Схема устройства прибора показана на рис. 14.6. По существу он представляет собой конденсатор пере­ менной емкости, имеющий систему неподвижных / и по­ движных металлических 2 пластин. Подвижные пласти­ ны укреплены на оси вместе со стрелкой и спиральной пружиной. При подключении неподвижных и подвижных пластин к источнику постоянного напряжения на них образуются электрические заряды, в результате взаимо­ действия которых подвижные пластины будут притяги­ ваться к неподвижным, поворачивая стрелку. Этому вра­ щению противодействует спиральная пружина.

280

Вращающий момент, действующий на подвижную си­ стему пластин, пропорционален приращению энергии электрического поля при повороте подвижной системы в пределах некоторого угла

где dC/da — величина, выражающая скорость изменения емкости при повороте подвижной системы прибора.

KV

W///IIII||||||W\\\#X N \ *

5 6

Рис. 14.6. Прибор электростатической системы

Поскольку противодействующий момент прибора соз­ дается спиральной пружиной, то при достижении равно­ весия подвижной части прибора будет иметь место ра­ венство Мвр = Ка и, следовательно, угол поворота стрел­ ки прибора определится по выражению

статической системы одинаково пригодны для измерений в цепях постоянного и переменного тока, так как изме­ нение знака напряжения не меняет направления вра-

281

щающего момента. Угол поворота стрелки прибора про­ порционален квадрату напряжения в цепи постоянного тока и квадрату действующего напряжения в цепи пе­ ременного тока. Шкала прибора — квадратичная, нерав­ номерная. Меняя форму пластин и форму их взаимного расположения, улучшают шкалу, однако сделать ее пол­ ностью равномерной не удается.

Достоинствами приборов этой системы являются ни­ чтожно малое собственное потребление энергии, пригод­ ность для постоянного и переменного тока, независи­ мость показаний от посторонних магнитных полей, от температуры окружающей среды, от частоты и формы кривой напряжения. К недостаткам относятся низкая чувствительность, зависимость показаний от посторон­ них электрических полей, неравномерность шкалы.

Электростатические приборы по принципу действия могут быть использованы только в качестве вольтмет­ ров, которые применяются преимущественно для измере­ ния высоких напряжений.

Т е р м о э л е к т р и ч е с к и е п р и б о р ы

Термоэлектрические приборы представляют собой совокупность магнитоэлектрических приборов и термо­ преобразователей, служащих для преобразования пере­ менного тока в постоянный. Термоэлектрические прибо­ ры обычно применяются для радиоизмерений в цепях переменного тока частотой до 50 МГц. На рис. 14.7 пред­ ставлены схемы термоэлектрических приборов. Каждый такой прибор состоит из нагревательного элемента, од­ ной или нескольких термопар и магнитоэлектрического

282

прибора. Нагреватели, как правило, изготовляются из константановой или платиноиридиевой проволоки, а для термопар применяют железо-константан, манганин-кон-

потечет постоянный ток, пропорциональный нагреву спая термопары. Этот нагрев пропорционален квадрату силы тока, поэтому угол отклонения подвижной системы про­ порционален квадрату действующего значения измеряе­ мой силы тока, т. е.

где С — постоянный коэффициент, зависящий от свойств термопары и параметров магнитоэлектрического при­ бора.

Основными достоинствами термоэлектрических при­ боров являются относительно высокая чувствительность, независимость показаний от изменения частоты, малое влияние внешних магнитных полей и незначительное по­ требление энергии. К недостаткам этих приборов отно­ сятся чувствительность к перегрузкам и неравномер­ ность шкалы. Обычно кратковременная перегрузка вы­ зывает перегрев термопреобразователя.

283

Термоэлектрические приборы, как правило, применя­ ются в качестве амперметров и вольтметров.

В ы п р я м и т е л ь н ы е п р и б о р ы

Выпрямительные или детекторные приборы представ­ ляют совокупность магнитоэлектрических приборов и по­ лупроводниковых выпрямителей, как правило, купроксных или германиевых. Элементы этих выпрямителей

В первой схеме прибор дает отклонение пропорцио­ нально половине среднего значения силы измеряемого

Основными достоинствами выпрямительных приборов являются значительная чувствительность и малое по­ требление энергии. К недостаткам относятся относитель­ но невысокая точность, зависимость показаний от фор-

284

мы кривой измеряемой величины, чувствительность к из­ менениям температуры и частоты. Однако приборы с со­ временными германиевыми и кремниевыми выпрямите­ лями практически не имеют погрешностей от частоты.

Выпрямительные приборы обычно изготовляются в виде переносных комбинированных приборов — ампер­ вольтметров, которые широко применяются в качестве испытательных приборов, особенно при проверке высо­ кочастотного электрооборудования.

Э л е к т р о н н ы е п р и б о р ы

Электронные приборы представляют совокупность магнитоэлектрических приборов и электронных усилите-

Рис. 14.9. Схемы электронных вольтметров:

а — с усилителем постоянного тока; б — с усилителем переменного тока

лей и преобразователей переменного тока в постоянный. Такие приборы обычно изготовляются в виде вольтме­ тров, миллиамперметров, омметров, приборов для изме­ рения индуктивностей и емкостей, а также устройств для радиотехнических измерений. Однако наибольшее рас­ пространение получили электронные вольтметры, осо­ бенно вольтметры переменного тока, которые и рассмо­ трим кратко.

На рис. 14.9 изображены структурные схемы элек­ тронных вольтметров переменного тока. В первой схеме рис. 14.9, а измеряемое напряжение Ux выпрямляется детектором D и подается на вход усилителя постоянного тока У_, на выходе которого включен прибор магнито­ электрической системы. Во второй схеме рис. 14.9,6 из­ меряемое напряжение Ux сначала усиливается усилите­ лем переменного тока Y__, затем выпрямляется детек-

285

рис. 14.9,6, имеют меньший диапазон частот, но обла­ дают более высокой чувствительностью и точностью.

§ 14.8. ЛОГОМЕТРИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ

Логометрическими приборами называются приборы, измеряющие отношение двух токов, протекающих по от­ дельным обмоткам прибора. Отличительной особеино-

е

Рис. 14.10. Схемы устройства магнитоэлектрического (а), электро­ магнитного (б) и электродинамического (в) логометров

стью этих приборов является то, что они не имеют меха­ нического устройства для создания противодействующе­ го момента. Логометрические приборы бывают магни­ тоэлектрической, электромагнитной, электродинамиче­ ской и других систем. Они используются для измерения ряда электрических и неэлектрических величин электри­ ческими методами, в частности сопротивления, емкости, частоты, угла сдвига фаз, уровня жидкости, темпера­ туры.

На рис. 14.10, а показано устройство логометра маг­ нитоэлектрической системы. Он состоит из сильного по­ стоянного магнита / с полюсными наконечниками, двух рамок 2 с обмотками, насаженных на одну ось и жестко скрепленных между собой, и стрелки 3, перемещающей-

286

ся над шкалой. Токи к обмоткам рамок подводятся с по­ мощью безмоментных токоиодводов, выполняемых в виде тонких ленточек. Поэтому стрелка логометра при отсутствии тока в обмотке рамки может занимать лю­ бые произвольные положения.

Сущность действия логометра в принципе одинакова с действием магнитоэлектрического прибора. Только на­ правления токов в обмотках выбираются так, чтобы мо­ менты Mi и М2, создаваемые рамками, были направле­ ны навстречу Друг другу. Под действием разности этих моментов подвижная система поворачивается и зани­

торых так укреплены на одной оси, что, втягиваясь в катушки, они создают вращающие моменты противопо­ ложного направления. Причем при повороте подвижной системы один из моментов увеличивается, а другой —

287

уменьшается. Под действием разности моментов подвиж­ ная система поворачивается и занимает установившее­ ся положение. Моменты механизмов зависят от квадра­ та своих сил токов и угла поворота подвижной системы, и, когда подвижная система занимает установившееся положение, они взаимно уравновешиваются

Ж І = / ? / І ( « ) = ^ 8 = ^ Ї ( « ) .

откуда

бора. При прохождении тока по катушкам создаются два

ся. Учитывая равенство моментов, из уравнения (14.20) найдем

288

Логометры магнитоэлектрической системы широко применяются в качестве мегомметров, а логометры элек­ тромагнитной и электродинамической систем — в каче­ стве фазометров, фарадометров, частотомеров и ряда других приборов.

На рис. 14.11 изображены принципиальная схема и общий вид мегомметра типа M l 101. В цепь одной ка­ тушки логометра включен резистор сопротивления rg, а

Рис. 14.11. Схема и общий вид мегомметра

в цепь другой резистор, сопротивление которого гх из­ меняется. Катушки подключены к одному источнику пи­ тания, поэтому силы токов в них обратно пропорцио­ нальны сопротивлениям резисторов, включенным с ка­ тушками последовательно. Следовательно, при включе­ нии измеряемого резистора в цепь одной из катушек изменится сила тока в ней, а вместе с тем и угол откло­ нения стрелки прибора, которая, перемещаясь над шка­ лой, покажет величину искомого сопротивления.

Мегомметр применяется для измерения больших со­ противлений, в частности сопротивления изоляции элек­ трических цепей. Он имеет два предела измерения: 0— 1000 кОм и 0—500 МОм. На панели прибора имеются

метр имеет небольшой генератор постоянного тока, при­ водимый во вращение рукой. При частоте вращения ру-

289