Карточка №11.5 (221).

Классификация электроизмерительных приборов. Условные обозначения на шкале

§11.6. Электроизмерительные приборы непосредственной оценки

Подвижная система электроизмерительного прибора непосредственной оценки, связанная с указателем (стрелкой), подвержена действию различных моментов сил.

Вращающий момент Мвр в приборе создается вследствие того или иного действия электрического тока. Способ создания вращающего момента определяет принцип действия прибора.

Противодействующий момент Мпр в приборе создается закручиванием или растяжением пружин, а иногда взаимодействием специальной катушки с током с магнитной системой прибора (в логометрах). Во время отсчета по прибору, когда стрелка неподвижна, вращающий и противодействующий моменты уравновешивают друг друга: Мвр=Мпр.

Вотсутствие противодействующего момента работа прибора невозможна, так как при любом значении измеряемой величины стрелка отклонялась бы до упора.

Успокаивающий (демпфирующий) момент необходим для устранения инерционных колебаний стрелки возле положения равновесия. Этот момент должен действовать во время движения стрелки и исчезать при отсчете, чтобы не вносить погрешностей в измерения.

Некоторый демпфирующий момент всегда создается в результате трения подвижной системы о воз дух. В большинстве случаев этого недостаточно, вследствие чего для успокоения подвижной системы приходится применять специальное устройство (демпфер). Демпфирующий момент пропорционален скорости движения подвижной системы. При отсутствии демпфирующего момента отсчет показаний по прибору был бы затруднен.

Широко применяются воздушный и электромагнитный демпферы.

Ввоздушном демпфере поршень, связанный с подвижной системой, перемещается в камере, не касаясь ее стенок. Демпфирующий момент создается за счет перепада давлений по обе

стороны поршня. Когда стрелка неподвижна, давление по обе стороны поршня выравнивается и демпфирующий момент исчезает. В некоторых случаях применяют жидкостные демпферы.

Вэлектромагнитном демпфере демпфирующий момент создается в результате взаимодействия магнитного поля постоянного магнита с магнитным полем вихревых токов, индуцируемых в пластине при движении подвижной системы.

Вприборах магнитоэлектрической системы демпфером служит металлический каркас подвижной рамки, в котором индуцируются вихревые токи при колебаниях рамки в поле постоянного магнита.

Если пластина или рамка неподвижна, то вихревые токи не индуцируются и демпфирующий момент отсутствует.

Подвижная система измерительного прибора крепится на оси, выполняемой в виде тонкой медной или алюминиевой трубки, в которую завальцовываются стальные керны (рис. 11.1). Концы кернов опираются на подпятники из твердого камня, обычно агата (рис. 11.2). Винт подпятника затягивают так, чтобы обеспечивалась свобода для колебаний размеров оси при изменении температуры.

Подвижная система должна быть точно сбалансирована относительно оси, для чего служат специальные балансировочные грузики — гайки.

Пружины для создания противодействующего момента обычно изготовляются в виде спиралей из немагнитного материала, обладающего достаточной упругостью (чаще всего из фосфористой бронзы). Эти же пружины служат для подвода тока к рамке.

Для устранения влияния на показания прибора внешних магнитных полей применяют магнитные экраны из мягкого железа. Механизм прибора помещают в корпус для защиты от влаги, пыли и механических повреждений.

Значения В, S, ϖ для каждого прибора постоянны, поэтому последнюю формулу можно записать в виде Мвр=k1I, где k1 — постоянный коэффициент.

Ток к рамке подводится через две спиральные пружины, которые одновременно служат для создания противодействующего момента. Момент, создаваемый пружиной, пропорционален углу закручивания, поэтому Мпр=k2α, где k2 — постоянный коэффициент; α — угол поворота рамки (равный углу закручивания пружины).

Учитывая, что в момент отсчета, когда стрелка неподвижна, Мвр=Мпр, получаем k1I=k2α. Из

этого равенства находим α = k1 I = kI . k2

Таким образом, угол поворота рамки и стрелки-указателя пропорционален току, т.е. прибор может быть отградуирован как амперметр.

На основании закона Ома имеем I=U/Rп, где U— напряжение на зажимах прибора; Rп — электрическое сопротивление рамки прибора.

После подстановки получаем

α = k U Rп

Поскольку отношение k/Rп для данного прибора — величина постоянная, последнее выражение показывает, что прибор может быть отградуирован как вольтметр.

Демпфирующий момент в магнитоэлектрических приборах создается за счет вихревых токов, возникающих в алюминиевом каркасе рамки при перемещениях подвижной системы.

Магнитоэлектрические амперметры и вольтметры являются основными измерительными приборами в цепях постоянного тока.

Приборы магнитоэлектрической системы обладают высокими точностью и чувствительностью, малым собственным потреблением энергии. Они имеют равномерную шкалу (угол отклонения стрелки пропорционален току), их показания почти не зависят от влияния внешних магнитных полей. Основной недостаток этих приборов — невозможность измерений в цепях переменного тока.

Для измерений в цепях переменного тока магнитоэлектрические приборы включают через выпрямители. Высокочувствительный магнитоэлектрический прибор, соединенный с выпрямительной схемой, называют прибором выпрямительной системы. Выпрямительные элементы (диоды) монтируют в корпусе прибора и обеспечивают одно- или двухполупериодное выпрямление переменного тока.

Приборы выпрямительной системы находят широкое применение. Обычно их изготовляют комбинированными, т. е. предназначенными для измерения тока, напряжения, сопротивления в цепях постоянного и переменного тока с различными пределами измерения.

Выпрямительные схемы вносят дополнительные погрешности в измерения, поэтому класс точности приборов выпрямительной системы относительно невысок и обычно составляет 1,5—2,5.