3.4. Електромагнітна система

Прилади цієї системи (мал. 3.4.1) мають нерухливу котушку - 1 і рухливу частину у вигляді сталевого сердечника - 2, пов'язаного з індикаторною стрілкою - 3 протидіючі пружини - 4. Вимірюваний струм, проходячи по котушці, намагнічує сердечник і втягує його в котушку. При рівності обертаючого й гальмуючого моментів система заспокоїться. По куту повороту рухомої частини визначають вимірюваний струм.

Середнє значення обертаючого моменту пропорційно квадрату вимірюваного струму:

Тому що гальмуючий момент, створюваний спіральними пружинами, пропорційний куту повороту рухливої частини , рівняння шкали приладу запишемо у вигляді:

Інакше кажучи, кут відхилення рухливої частини приладу пропорційний квадрату діючого значення змінного струму.

До головних переваг електромагнітної системи належать: простота конструкції, надійність у роботі, стійкість до перевантажень. З недоліків відмічаються: низька чутливість, велике споживання енергії, невелика точність вимірювання, нерівномірна шкала.

.5. Електродинамічна система

Ця система являє собою дві котушки (мал. 3.5.1), одна з яких нерухома а інша - рухлива. Обидві котушки підключаються до мережі, і взаємодія їхніх магнітних полів приводить до повороту рухливої котушки відносно нерухомої.

З рівняння видно, що шкала електродинамічної системи має квадратичний характер. Для усунення цього недоліку підбирають геометричні розміри котушок таким чином, щоб одержати шкалу, близьку до рівномірного. Ці системи найчастіше використовуються для вимірювання потужності, тобто в якості ватметрів, тоді:

У цьому випадку шкала ватметра рівномірна. Основною перевагою приладу є висока точність вимірювання. До недоліків відносяться мала перевантажувальна здатність, низька чутливість до малих сигналів, помітний вплив зовнішніх магнітних полів.

3.6. Індукційна система

Прилади індукційної системи отримали широке застосування для вимірювання електричної енергії. Принципова схема приладу наведена на мал. 3.6.1. Електричний лічильник містить магнітопровід - 1 складної конфігурації, на якому розміщені дві котушки; одна напруги - 2 і інша струму - 3. Між полюсами електромагніта розміщений алюмінієвий диск - 4 з віссю обертання - 5. Принцип дії індукційної системи заснований на взаємодії магнітних потоків, створюваних котушками струму й напруги з вихровими струмами, що наводяться магнітним полем в алюмінієвому диску.

Обертаючий момент, що діє на диск, визначається виразом:

де Ф_U - частина магнітного потоку, створеного обмоткою напруги що проходить через диск лічильника; Ф_I - магнітний потік, створена обмоткою струму; ψ- кут зсуву між Ф_U і Ф_I. Магнітний потік Ф_U пропорційний напрузі Магнітний потік Ф_I пропорційний току: Для того щоб лічильник реагував на активну енергію, необхідно виконати умову:

У цьому випадку

Таким чином обертаючий момент пропорційний активній потужності навантаження. Протидіючий момент створюється гальмівним магнітом - 6 і пропорційний швидкості обертання диска:

У сталому режимі й диск обертається з постійною швидкістю. Порівнюючи два останніх рівняння й вирішивши отримане рівняння щодо кута повороту диска

Таким чином, кут повороту диска лічильника пропорційний активній енергії. Отже, число обертів диска n теж пропорційно активній енергії.

Нижче розглядаються деякі типи перетворювачів, використовуваних у приладах.

Залежно від того явища, яке використовується для перетворення неелектричної величини в електричну, перетворювачі діляться на три групи:

електромеханічні (контактні, реостатні, тензометричні, електростатичні, електромагнітні);

теплові та електрохімічні (термоелектричні, терморезистивні, електрохімічні);

електронні й іонізаційні (електронні, іонні, іонізаційні).

По виду одержуваної на виході перетворювача вихідної величини всі типи перетворювачів можна розділити на дві групи: параметричні й генераторні.

Якщо вхідна неелектрична величина перетвориться в один з параметрів електричного кола (R – опір, L – індуктивність,М – взаємна індуктивність, С – ємність), для вимірювання якої необхідне застосування джерела живлення, то перетворювач називається параметричним,

якщо неелектрична величина перетвориться в електрорушійну силу (ЕРС), то перетворювач називається генераторним.

До параметричних вимірювальних перетворювачів належать: резистивні, індуктивні й взаємоіндуктивні, ємнісні, електролітичні, фотоелектричні перетворювачі й терморезистори.

До генераторних вимірювальних перетворювачів можна віднести: індукційні, п'єзоелектричні, термоелектричні й деякі різновиди електрохімічних перетворювачів.

До перетворювачів, як основним елементам приладів для вимірювання неелектричних величин пред'являється ряд специфічних вимог: сталість у часі функції перетворення (звичайно лінійної); висока чутливість; мала похибка; високі динамічні властивості (можливість вимірювання перехідних процесів).

Вимірювальні пристрої служать для перетворення отриманого на виході перетворювача електричного параметра в зручну для вимірювання електричну величину. Вони виконуються у вигляді окремого самостійного конструктивного вузла й містять вимірювальні ланцюги, підсилювачі, джерела живлення, стабілізатори й інші елементи.

Покажчик виконує роль реєструючого приладу, проградуйованого в одиницях вимірювання неелектричної величини. В якості покажчика використовуються різні електричні прилади, що вимірюють той або інший електричний параметр, пов'язаний з вимірюваною неелектричною величиною.

По способу зняття відліку покажчики діляться на:

візуальні, у якості яких використовуються магнітоелектричні механізми, електронно-променеві трубки, автоматичні показуючі мости і потенціометри, а також цифрові прилади;

реєстратори, призначенням яких є запис вимірюваної величини в тім або іншому виді (самописні прилади, світлопроменеві осцилографи тощо).

Основні вимоги до покажчиків такі ж, як і до приладів для вимірювання електричних величин.