книги из ГПНТБ / Электрические измерения. Общий курс учебник

применения, например, в схемах автоматики. Этого недостатка нет у омметров с магнитоэлектрическим логометром, принцип работы которого и основные соотношения были рассмотрены в § 12.

Схема включения логометра в качестве омметра представлена на рис. 82. В этой схеме 1 и 2 — рамки логометра, обладающие соп­

т. е. угол отклонения определяется гх и не зависит от напряжения U. Конструктивно омметры с логометром выполняют весьма разнооб­ разно в зависимости от требуемого предела измерения, назначения (щитовой или переносный прибор) и т. п. Так, например, в переносном мегомметре, предназ­ наченном для измерения больших сопротивле­ ний порядка десятков и сотен мегом, напря­ жение создается генератором, ротор которого приводится во вращение от руки со скоростью

92—120 об/мин.

сопротивлению можно пропускать такой же ток, как и в условиях его работы, что очень важно при измерениях сопротивлений, значения которых зависят от тока.

Измерение сопротивления амперметром и вольтметром основано на использовании закона Ома.

Однако если собрать схемы, показанные на рис. 83, и установить в цепи измеряемого сопротивления требуемый условиями его работы ток, то отсчитав одновременно показания вольтметра V и амперметра

140

для схемы рис. 83, б

[лак видно из выражений (88) и (89), при подсчете величины иско­ мого сопротивления по приближенной формуле (87) возникает погреш­

через измеряемое сопротивление гх, но и ток / у , ответвляющийся в вольтметр.

При измерении по схеме рис. 83, б погрешность появляется из-за неточного показания вольтметра, так как, кроме напряжения на измеряемом сопротивлении, он учитывает также величину падения напряжения на амперметре.

Рис. 83. Измерение сопротивлений вольтметром и ам­ перметром

Поскольку в практике измерений этим методом подсчет сопро­ тивлений часто производится по приближенной формуле (87), то необходимо знать, какую схему следует выбрать для того, чтобы величина погрешности была невелика.

Рассмотрим выражения погрешностей для обеих схем. Для схемы рис. 83, а относительная погрешность

83, а следует в тех случаях, когда сопротивление гу вольтметра велико по сравнению с измеряемым сопротивлением rx, а схемой рис. 83,6— когда сопротивление амперметра га мало по сравнению с измеряе­ мым сопротивлением, или, другими словами, схему рис. 83, а целесо­ образнее применять для измерения малых сопротивлений, а схему рис. 83, б — больших.

Особенности измерения весьма больших сопротивлений. К весьма большим сопротивлениям относятся сопротивления электроизоля­ ционных материалов — эбонита, прессшпана, текстолита и других,

141

применяемых для изоляции токоведущих частей всевозможной элек­ трической аппаратуры, электрических машин, кабелей и т. п.

Большинство технических условий и стандартов на различные электроизоляционные материалы предъявляют определенные тре­

меряемый образец помещается между двумя металлическими элек­ тродами А ж Б. Электрод А находится внутри так называемого охранного кольца В. Поверхностные токи на измеряемом сопротив­

Схема соединения приборов для измерения поверхностного сопро­ тивления приведена на рис. 85. Как видно из схемы, через гальвано­ метр проходит тот же ток,что и по поверхности измеряемого образца. Объемный ток от электрода В отводится к отрицательному полюсу

142

включены соответственно конденсатор Сх, емкость которого измеря­ ется, и конденсатор постоянной емкости С0. Сопротивления катушек делаются настолько малыми, чтобы ими можно было пренебречь по сравнению с сопротивлениями конденсаторов и считать, что Іх ~- = Ub)Cx; І2 — Uo)C0. Отклонение подвижной части логометра опре­ деляется отношением токов в обмотках подвижных катушек, т. е.

a-FiUIJ-FiCjCo),

т.е. каждому значению емкости Сх соответствует определенное положение подвижной части прибора, вследствие чего пікалу можно градуировать в единицах емкости. От на­ пряжения питания показания фарадметра

не зависят.

через баллистический гальванометр, отсчитывая первое максималь­ ное отклонение его подвижной части ocl m .

Искомая емкость

где Сg — баллистическая постоянная гальванометра.

20. Измерение мощности, энергии, угла сдвига фаз и частоты

Измерение мощности постоянного и переменного однофазного тока. Из выражения Р — UI для мощности постоянного тока видно, что ее можно измерять косвенным методом при помощи вольтметра и амперметра. Однако при этом способе необходимо производить одно­ временный отсчет по двум приборам и вычисления, что усложняет измерение и снижает его точность.

На практике для измерения мощности постоянного и перемен­ ного тока применяются приборы — ваттметры.

Для ваттметров используются электродинамические, ферроди­ намические и редко — индукционные измерительные механизмы. Электродинамические ваттметры делают переносными, высоких клас-

144

сов точности и применяют для точных измерении мощности посто­ янного и переменного тока на низких и повышенных частотах (до 2000 Гц). Ферродинамические ваттметры чаще всего бывают стацио­ нарными, имеют относительно низкий класс точности (1—1,5). При­ меняются они главным образом на переменном токе промышленной частоты. На постоянном токе они имеют значительную погрешность, обусловленную гистерезисом.

Индукционные ваттметры по своему принципу действия могут работать только на переменном токе, имеют низкий класс точности (2,5), в настоящее время почти но применяются.

Для измерения мощности на высоких частотах могут применяться термоэлектрические и электронные ваттметры.

8

Рис. 89. Измерение мощности ваттметром: а — схема вклю­ чения прибора; б — векторная диаграмма

На рис. 89, а и б показаны схемы электродинамического ватт­ метра, включение его для измерения мощности, потребляемой на­ грузкой Н, и его векторная диаграмма. Неподвижная катушка 1 включается в цепь нагрузки последовательно и называется после­ довательной катушкой ваттметра. Подвижная катушка 2 с доба­ вочным сопротивлением г д включается параллельно нагрузке и называется параллельной цепью ваттметра.

Для ваттметра, включенного в цепь постоянного тока на основа­ нии (62), будем иметь

Для получения равномерной шкалы в ваттметрах необходимо постоянство —^f-- В электродинамических приборах это осуществля­ ется соответствующей формой, размерами и начальным положением катушек.

Б ферродииамических ваттметрах постоянство ооеспечивается равномерным и радиальным магнитным полем воздушного

145

где

Рассмотрим работу электродинамического ваттметра на перемен­ ном токе. Векторная диаграмма (рис. 89, б) построена для индуктив­ ного характера нагрузки. Вектор тока / м — параллельной цепи отстает от вектора U на угол у вследствие некоторой индуктивности подвижной катушки.

На основании (62)

мощность лишь в двух случаях: при у = 0 ж'у = ф. Условие у ----- О может быть достигнуто созданием резонанса напряжений в парал­ лельной цени, например включением конденсатора С соответствую­ щей емкости, как это показано штриховой линией на рис. 89, а.

Однако резонанс напряжений будет лишь при некоторой определен­ ной частоте. С изменением частоты условие у --- 0 будет нарушено. При у Ф 0 ваттметр измерит мощность с погрешностью р\., которая

если вследствие малости угла у (обычно угол у не больше 40—50') при­ нять sin у ^у, cos у ^ 1) угол у выразить в минутах, а погреш­ ность — в %. Из (95) следует, что при углах ф, близких к 90°, угло­ вая погрешность может достигнуть очень большой величины.

В ферродинамических ваттметрах угловая погрешность зависит от разности углов у и 6 (рис. 89, б), где Ѳ — угол между векторамитока / и потока Фі в зазоре сердечника, зависящий от потерь на гистерезис и вихревые токи в сердечнике. Второй, специфической для ваттметров погрешностью является погрешность, обусловленная

146

в катушках прибора и считать нагрузку H чисто активной, погреш­ ности, обусловленные потреблением мощности приборами, равны:

для схемы рис. 90, а

h(U-Uà РА

100, [%],

для схемы рис. 90, б

100, [ % ] ,

где РА И PU — мощности, потребляемые последовательной п парал­ лельной обмотками ваттметра.

б)

la

А

ные значения лишь при измерениях мощности в маломощных цепях, т. е..когда величины РА И PU соизмеримые Р.

Из выражения (62) следует, что если поменять знак только одного из токов, то изменится направление отклонения подвижной части прибора. У ваттметра имеются две пары зажимов (последователь­ ной и параллельной цепей), и в зависимости от их включения в цепь направление отклонения указателя может быть различным. Для правильного включения ваттметра один из каждой пары зажимов обозначается знаком «*» (звездочка) и называется «генераторным зажимом».

При питании ваттметра от общей цепи генераторные зажимы нужно включать к одному полюсу источника, т. е. соединять их вместе.

Электродинамические ваттметры имеют обычно несколько пределов изме­ рения по току и по напряжению, чаще всего два предела по току, например 5 и 10 А, и три по напряжению — 30, 150 и 300 В. Такие приборы снабжаются неименованными шкалами, и для того чтобы найти величину мощности, изме­ ренную ваттметро.м, необходимо число делений, указываемое стрелкой, умно­ жить на постоянную прибора С, которая определяется по формуле

С = - Г " о м / н о м , Вт/дел.,

147

применяются для измерений небольших мощностей при больших углах сдвигов фаз (например, при измерениях потерь на гистерезис и вихревые токи в магнит­

Рис. 91. Схематическое изображение устройства и включения в цепь однофазного счетчика

Измерения энергии однофазного переменного тока. Как известно, электрическая энергия определяется выражением

Энергия измеряется электрическими счетчиками. Для счетчиков переменного тока используются индукционные измерительные меха­ низмы.

На рис. 91 схематично показано устройство и включение в цепь однофазного индукционного счетчика. Основными узлами и элемен­ тами измерительного механизма счетчика являются: электромаг­ ниты А и Б, называемые соответственно последовательным и парал-

148

лельным электромагнитами (обмотки Ot и Ou носят те я\е названия); аллюминиевый диск Д, укрепленный на оси О; постоянный магнит МТ О р и другие элементы, название и назначение которых приводятся ниже.

По конструктивным особенностям и расположению сердечника параллельного электромагнита счетчики разделяются на радиаль­ ные и тангенциальные. В первых сердечники электромагнита Б рас­ положены по радиусу диска (рис. 91), а в тенгенциальных — по хорде (рис. 92). В СССР теперь производятся только тангенциаль­ ные счетчики типа СО. Радиальные счетчики типа Б, выпускавшиеся ранее, еще находятся в большом количестве в эксплуатации. Обмотка

Рис. 92. Устройство тангенциального однофаз­ ного счетчика

Оі электромагнита А выполняется из небольшого числа витков отно­ сительно толстого провода и включается в цепь последовательно. Обмотка Ou электромагнита Б, имеющая большое число витков, выполняется из тонкого провода и включается параллельно нагрузке.

Ток / в последовательной обмотке счетчика создает поток Ф/, который проходит через сердечник электромагнита А и частично через сердечник электромагнита Б и дважды пересекает диск (рис. 91 и 92). Ток Іи в параллельной обмотке сердечника создает потоки Фгу

Фи в радиальном механизме (рис. 91) замыкается по шунтирующему стержню Ш, а в тангенциальном (рис. 92) — через крайние стержни электромагнита Б. Этот поток не пересекает диска и непосредствен­ ного участия в создании вращающего момента не принимает. Назы­ вается он нерабочим потоком параллельной цепи в отличие от потока

149