2.4 Электродинамические приборы.
В приборах электродинамической системы имеются две пары катушек – подвижных и неподвижных. Подвижная катушка 1 (рис. 2.5., а) может поворачиваться относительно неподвижной 2, состоящей из двух частей, разделенных зазором. Магнитное поле катушек замыкается по воздуху. Вращающий момент перемещает стрелку 4, укрепленную на оси 5, относительно шкалы 3. Успокоитель 6 – воздушного типа. Вращающий момент находится c помощью уравнения Лагранжа:
, (2.1)
где Wm– энергия магнитного поля;
α – угол отклонения подвижной части механизма.
Если пропустить по катушкам переменные токи i1 и i2, подвижная часть прибора будет реагировать на среднее значение вращающего момента.
а)
б)
Рисунок 2.5 – Прибор электродинамической системы
Прибора электродинамической системы используются для измерения напряжения и тока, при этом используется как последовательное, так и параллельное включение обмоток (катушек). Независимое включение катушек электродинамического механизма применяется в ваттметрах – приборах для измерения мощности (раздел 5).
Основная погрешность электродинамических приборов на постоянном токе определяется механическими свойствами механизма, постоянство параметров измерительной цепи и точностью градуированной характеристики. Однако постоянный ток лучше измерять магнитоэлектрическими приборами (так как электродинамические потребляют мощность 3...15 Вт). Поэтому представляет интерес градуировка на постоянном токе с последующим использованием прибора на переменном токе. По сравнению с приборами магнитоэлектрической системы электродинамические более чувствительны к внешним полям. Экранирование прибора экраном из ферромагнитного материала существенно ослабляет влияние внешних полей.
2.5 Электростатические приборы
В электростатических приборах перемещение подвижной части механизма осуществляется под действием энергии электрического поля системы заряженных проводников. Поэтому электростатические приборы обычно используются в качестве вольтметров.
а)
б)
Рисунок 2.6 – Электростатический прибор
Наибольшее распространение получили два вида механизма, конструкции которых показаны на рис. 2.6. Конструкция, изображенная на рис. 2.6. а изменяется в щитовых и переносных вольтметрах, измеряющих напряжения до нескольких сотен вольт. Конструкция рис. 2.6. б позволяет измерять напряжения в несколько киловольт.
В приборе рисунок 2.6 а секторообразные пластины 2 образуют подвижную часть прибора. Она поворачивается на оси 3 вместе со стрелкой 4. Силы электрического поля стремятся повернуть подвижную часть относительно неподвижной 1 так, чтобы энергия электрического поля была максимальна. Поскольку энергия будет максимальна при максимальном значении емкости, под действием приложенного напряжения U подвижный электрод будет втягиваться между неподвижными. В электростатическом приборе второго типа (рис. 2.6, б) электроды 1 закреплены неподвижно, подвижный электрод 2 прикреплен на упругих лентах 3 к держателю 4. Один из неподвижных электродов соединяется электрически с подвижным электродом и к ним подводится один потенциал (например, положительный). Отрицательный потенциал подается на неподвижный электрод. Подвижный электрод отталкивается от левого неподвижного электрода и притягивается к правому. Перемещение подвижного электрода с помощью оттяжки 7 передается на ось 5 со стрелкой 6. Отклонение стрелки прибора пропорционально квадрату приложенного напряжения. Схема полярности приложенного не изменяет направление отклонения. Поэтому электростатические приборы можно применять на переменном токе. При этом из-за инерции подвижная часть не может следовать за изменениями вращающего момента и реагирует на его среднее значение.
Вращающий момент электростатического механизма мал, поэтому вольтметры данного типа рассчитаны на предел более 10 В. На показания электростатического прибора практически не влияет температура, частота, форма приложенного напряжения, а также внешние магнитные поля. Собственное потребление энергии вольтметром чрезвычайно мало и на постоянном токе равно нулю.
Для расширения пределов измерения электростатического вольтметра при измерении постоянных напряжений целесообразно применять резистивный делитель, а при измерении переменных – емкостной.
Электростатические вольтметры выпускаются классов точности 0,5; 1,0; 1,5 на напряжения от 10 В до 300 кВ. Частотный диапазон до 10 МГц. Основное применение электростатические вольтметры находят для измерений в маломощных цепях при широком частотном диапазоне, а также в цепях высокого напряжения.