Лабораторна робота № 2

Вимірювання струмів та напруг за допомогою приладів магнітоелектричної системи

Ціль роботи: Ознайомитись з устроєм та основами роботи приладів магнітоелектричної системи. Навчитись розширювати межі вимірювання струму та напруги за допомогою шунтів до додаткових опорів.

Короткі теоретичні відомості

У вимірювальному механізмі магнітоелектричної системи обертаючий момент створюється при взаємодії між магнітним полем постійного магніту та провідником зі струмом. В таких приладах частіше всього магніт непорушний, а рухається котушка (рамка з провідником), по якій протікає струм, що вимірюється.

Рис.2.1

Варіанти конструкції магнітної системи сучасного магнітоелектричного приладу з рухомою рамкою зображено на рис.2.1. 1 – постійний магніт; 2 – магніто провід; 3 – полюсні наконечники; 4 – осердя (деталі 2-4 виготовляють з магнітом’якої сталі).

Варіант рухомої системи показано на рис.2.2. До рамки 2, намотаної тонким ізольованим мідним дротом на легкому алюмінієвому каркасі, підводиться струм через дві спіральні пружини 1 та 3. Оскільки ці пружини слугують і для створення проти дійного моменту, матеріал для їх виготовлення має характеризуватись як

високою електропровідністю, так і достатньою пружністю (наприклад, фосфориста бронза).

Рис.2.2

Спеціальні заспокоюючі в цих приладах не потрібні, тому що під час переміщення рамки в її алюмінієвому каркасі виникають вихрові струми, взаємодія яких із магнітним полем гальмує рух (індукційне заспокоєння). Для встановлення покажчика 6 на нуль використовується коректор 4 і 5 (рис.2.2).

Деякого поширення набули прилади магнітоелектричної системи з рухомим постійним магнітом (рис.2.3).

Рис.2.3

Основу приладу становить тонкий намагнічений диск 3, виготовлений із магніто твердого матеріалу, диск закріплено на осі 2 й розташовано всередині нерухомої котушки 5. Другий намагнічений диск 4, також виготовлений Ії магніто твердого матеріалу, в процесі вимірювання не переміщується. В разі знеструмлення

котушки диск 4 примушує рухомий диск 3 зайняти таке положення , за якого стрілка 1 показує нуль. Внаслідок появи струму в котушці 5 створюється магнітне поле під дією якого диск 3 і стрілка 1 обертаються навколо осі за годинниковою стрілкою. Для гасіння коливань рухомої системи ці прилади оснащуються повітряними заспокоювачами. Для встановлення покажчика на нуль використовується диск 4.

Зовнішні магнітні поля мало впливають на роботу магнітоелектричних приладів тому, що власне магнітне поле в зазорі, де рухається рамка, досить велике. Так як котушка такого приладу намотана тонким дротом, цей прилад можливо безпосередньо використовувати тільки для вимірювання тільки малих постійних струмів (мікроампери, міліампери) або малих постійних напруг (мілівольти). Розширення меж по струму створюється за допомогою шунтів, по напрузі – за допомогою додаткових опорів.

Схема підключення приладу до шунта показана на рис.2.4. Струм в ланцюгу виражаємо через струм приладу:

Для розширення меж по напрузі послідовно з приладом включається додатковий опір (рис.2.5).

Завдання:

Мікроамперметр магнітоелектричної системи з номінальним струмом Іп та шкалою на αп поділок має внутрішній опір Rп.

Як за його допомогою вимірювати струм до І, а напругу до U.

Іп=(100М) мкА; αп =(100М);

Rn 5N кОм;

І 10 N мА;

U 10 N В.

М – порядковий номер академгрупи в потоці; N – порядковий номер студента по журналу академгрупи.

Результат представити в вигляді таблички:

М

N

Rш

І/ СА

Rд

СV

Приклад:

1. Міліамперметр магнітоелектричної системи з номінальним струмом Іп=1 мА та шкалою на αп=100 поділок має внутрішній опір Rп=960 Ом. Як за його допомогою вимірювати струм до І=100 мА?

Розв'язок:

Підключаємо прилад паралельно до шунта (рис.2.4). Знаходимо опір шунта

В цьому випадку ціна поділки шкали приладу

CA I 99,97 0,9997 1 мА/под.,n 100

тобто основна похибка цієї вимірювальної системи досягає

=І - І/=100 – 99,97=0,03 мА.

2.Як за допомогою цього ж міліамперметра (без шунта), виміряти напругу до U=50В?

Розв’язок:

Знаходимо додатковий опір

Ціна поділки шкали такого приладу СV=U/αn=50/100=0,5 В/под.