2.4 Электромагнитные измерительные приборы
Эти приборы характеризуются простотой конструкции, следовательно,- надёжностью в работе, невысокой стоимостью. Отличительной особенностью является возможность использования этих ИП на постоянном и переменном токе. Они широко используются в качестве самостоятельных ИП для измерения токов, напряжений, сдвига фаз и т.д.
Рассмотрим
устройство и принцип действия. Условное
графическое обозначение этого типа ИП
имеет вид:
.
Момент вращения
в таких приборах создаётся в результате
взаимодействия электромагнитного поля
катушки с током и поля постоянного
магнита, размещённого внутри катушки.
Постоянный магнит цилиндрической формы
состоит из двух частей: подвижной и
неподвижной. Подвижная часть совершает
вращательные движения. На оси вращения
этого сердечника закреплён стрелочный
указатель, перемещающийся над шкалой,
и спиральная пружинка, создающая
уравновешивающий момент. Конструктивно
такие приборы бывают с круглой и плоской
катушкой. Также такие ИП делятся на ИП
втяжного и отталкивающего действия.
При прохождении измеряемого тока по
виткам катушки подвижный сердечник
намагничивается и отталкивается от
неподвижного. Выведем уравнение движения
подвижной части.
,
где
- энергия электромагнитного поля;
- угол поворота подвижной части.
Для данного прибора речь идёт о магнитном поле, сосредоточенном в катушке:
Отсчёт производится
при
:
,
где
- чувствительность к току.
.
Этот прибор, по своей сути,- амперметр. Угол поворота подвижной части пропорционален квадрату среднеквадратического значения тока. Из этого следует. Что такие приборы могут использоваться как на постоянном, так и на переменном токе.
Шкала прибора
неравномерная – квадратичная, что
является недостатком. Поэтому шкалу
пытаются линеаризовать. Стремятся
обеспечить значение
,
близкое к обратно квадратическому.
Этого можно добиться изменением формы
сердечника.
Такие приборы характеризуются относительно невысокой точностью (класс точности от 1,5 и выше) и низкой чувствительностью по сравнению с магнитоэлектрическими ИП. Чувствительность ниже из-за того, что часть энергии, подводимой к измерительному механизму, расходуется на создание и поддержку магнитного поля, в то время, как в магнитоэлектрических ИП магнитное поле создаётся постоянным магнитом. Низкая точность обусловлена принципом построения.
Достоинством является устойчивость к перегрузкам по току. Недостатком является подверженность к влиянию внешних магнитных полей, для защиты от которых приборы экранируют. При экранировании возникает проблема отвода тепла. Также на высоких частотах проявляется паразитная межвитковая ёмкость катушки. Частотный диапазон не превышает единиц и десятков килогерц.
3. Аналоговые измерительные приборы
3.1. Общая характеристика аналоговых измерительных приборов
К этой группе относят приборы, предназначенные для выработки сигналов измерительной информации, которые являются непрерывными функциями измеряемых физических величин. Эти приборы, по сравнению с широко распространёнными в настоящее время, цифровыми ИП имеют ряд неоспоримых преимуществ:
1) относительную простоту устройства;
2) низкую стоимость;
3) высокую надёжность.
К наиболее существенным недостаткам аналоговых ИП относят наличие у большинства из них инерционной подвижной части, снижающей быстродействие.
Аналоговые ИП можно разделить на три группы:
1) приборы для измерения параметров и характеристик сигналов: осциллографы, вольтметры, амперметры, частотомеры, анализаторы спектра;
2) приборы для измерения параметров и характеристик активных двух- и четырёхполюсников: измерители сопротивления, ёмкости, индуктивности, приборы для снятия частотных характеристик;
3) генераторы измерительных сигналов, которые представляют собой имитаторы реальных сигналов различной формы, уровня и частоты.
Наиболее распространённой является первая группа приборов. Если исключить осциллографы, то можно сказать, что аналоговые ИП, как правило, представляют собой совокупность электронных узлов и электромеханического измерительного механизма, причём, в большинстве случаев, магнитоэлектрической системы. Наличие электронных узлов приводит к изменению названия на аналоговые электронные приборы.