34. Классификация и область применения электроизмерительных приборов.

Классификация определяется в соответствии с ГОСТ 22261-91 «Средства измерения электрических и магнитных величин. Общие технические требования». ГОСТ подразделяет электроизмерительные приборы:

1. по назначению (роду измеряемой величины): амперметры, частотомеры и т.д.;

2. по роду измеряемого тока: постоянный, переменный, постоянный и переменный;

3. по принципу действия измерительного механизма: магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, индукционный, тепловой, термоэлектрический, электростатический, вибрационный;

4. по классу точности: 0.05, 0.1...4;

5. по степени защищенности от внешних полей: первая и вторая категории характеризуют допустимое измерение показаний прибора в процентах из-за влияния внешнего магнитного или электрического поля;

6. по условиям механического воздействия при эксплуатации: обыкновенный, повышенной прочности (вибропрочные, вибрстойкие, ударопрочные);

7. по устойчивости к климатическим воздействиям: группы А, Б, В соответственно для работы в сухих, закрытых неотапливаемых помещениям, в полевых условиях;

8. по способу установки: стационарные, щитовые, переносные.

Область применения электроизмерительных приборов в зависимости от системы.

1. Магнитоэлектрические системы – область использования – амперметры и вольтметры постоянного тока.

2. Электромагнитные системы – амперметры и вольтметры постоянного и переменного тока.

3. Электродинамические системы – ваттметры постоянного и переменного тока, фазометры, частотомеры.

4. Ферродинамические системы – аналогично электродинамическим.

5. Индукционные системы – счетчики электроэнергии переменного тока.

6. Электростатические системы – вольтметры постоянного и переменного тока.

7. Термоэлектрические системы – амперметры постоянного и переменного тока.

8. Вибрационные системы – частотомеры.

Измерительные механизмы электроизмерительных приборов.

Измерительная цепь является преобразователем измеряемой величины x в некоторую промежуточную электрическую величину y, которая функциональна связана с x. Преобразуемая величина y является током или напряжением, непосредственно воздействующим на измерительный механизм.

Измерительный механизм является преобразователем подведенной к нему электроэнергии в механическую энергию, необходимую для перемещения его подвижной части относительно неподвижной. В зависимости от физического явления, положенного в основу создания вращательного момента, приборы делятся на системы.

35. Магнитоэлектрический измерительный механизм. Принцип работы, область применения, достоинства и недостатки.

Работа механизмов магнитоэлектрической системы основана на взаимодействии магнитного потока постоянного магнита и тока, проходящего по катушке. Различают механизмы с подвижной рамкой и с подвижным магнитом. Магнитоэлектрические механизмы, применяющиеся в амперметрах и вольтметрах, обладают большим моментом инерции подвижной части и поэтому применяются только на постоянном токе.

Достоинства: большая чувствительность, малое собственное потребление мощности, малое влияние внешних магнитных полей, прямая пропорциональность между током в обмотке рамки и углом отклонения.

Недостатки: относительно сложная конструкция, высокая стоимость, чувствительность к перегрузкам и изменениям тока.

Магнитоэлектрические приборы находят широкое применение в качестве амперметров и вольтметров постоянного тока с пределами измерения от нА до кА, от долей мВ до кВ.

Находят применение в гальванометрах переменного тока и осциллографических гальванометрах.

Широкое применение находят логометрические магнитоэлектрические механизмы. В магнитоэлектрических логометрических механизмах в поле постоянного магнита находится подвижная часть из двух жесткоукрепленных на осях рамках.

Форма сердечника и полюсы наконечника выбираются такими, чтобы индукция в воздушном зазоре была неравномерна и направлена нерадиально.

Логометр измеряет отношения токов,, протекающих в обмотках рамки.

Магнитоэлектрические амперметры и вольтметры.

Магнитоэлектрические амперметры и вольтметры являются наиболее точными, обладают высокой чувствительностью, малым собственным потреблением мощности и имеют равномерную шкалу. На них слабо влияют внешние магнитные поля. Недостаток – пригодны только для работы на постоянном токе, чувствительны к перегрузкам, высокая стоимость.

Гальванометры магнитоэлектрической системы.

Такие гальванометры являются электроизмерительным прибором с высокой чувствительностью к току или напряжению, имеют неградуированную шкалу. Используются в качестве нуль-индикатора для измерения малых токов, напряжений и количества электричества.

Наибольшее распространение получили магнитоэлектрические гальванометры с подвижной рамкой для измерения постоянного тока. Для переменного тока используется вибрационный магнитоэлектрический гальванометр с подвижным магнитом.

Баллистический гальванометр.

Используется для измерения количества электрических импульсов тока. Они представляют собой магнитоэлектрические гальванометры, работающие в качестве интеграторов тока.

Кратковременные импульсы тока, протекающего в рамке гальванометра, взаимодействуют с магнитным полем постоянного магнита и вызывают кратковременные импульсы вращающего момента. Под действием этого момента подвижная часть отклоняется от нулевого положения на некоторый угол, который фиксируется и является мерой измерительного импульса. Основная характеристика – баллистическая чувствительность.

36.Электродинамические и ферродинамические механизмы. Принцип работы, область применения, достоинства и недостатки.

Элекродинамические измерительные приборы. Устройство электродинамического механизма и векторная диаграмма, поясняющая его работу, приведены на рисунке: Электродинамический измерительный механизм работает по принципу взаимодействия магнитных потоков двух катушек. Электродинамический механизм состоит из двух катушек. Одна из них подвижная, а другая укреплена неподвижно. Токи, протекающие по этим катушкам и магнитные потоки ими образуемые при своем взаимодействии создают вращающий момент. Приборы электродинамической системы имеют малую чувствительность и большое самопотребление. Применяются в основном при токах 0.1…10А и напряжениях до 300 В.

Ферродинамические приборы. Ферродинамическими называются приборы, у которых неподвижная катушка электродинамического механизма намотана на магнитопроводе. Это защищает от внешних электромагнитных полей и создает больший вращающий момент, т. е. повышается чувствительность.

Устройство и применение электродинамического прибора. Работа электродинамического прибора основана на взаимодействии двух катушек, обтекаемых электрическим током. Электродинамический измерительный механизм (рис. 326, а) состоит из двух катушек: неподвижной 2 и расположенной внутри нее подвижной 1. Подвижная катушка 1 связана с осью прибора со стрелкой и с двумя спиральными пружинами 4 (или растяжками), которые служат для создания противодействующего момента и подвода тока к подвижной катушке 1. В приборе применяется демпфер 3.

При прохождении по катушкам токов I₁ и I₂ возникают электродинамические силы F (рис. 326,б), которые стремятся повернуть подвижную катушку относительно неподвижной на некоторый угол. Вращающий момент, действующий на подвижную катушку,

M = c₁I₁I₂ (98)

где с₁ — постоянная величина, зависящая от параметров катушек (числа витков и размеров), их формы и взаимного расположения.

Значение вращающего момента М, созданного катушками электродинамического прибора, а следовательно, и угол поворота стрелки ? пропорциональны произведению проходящих по катушкам токов I1 и I2. Поэтому в зависимости от схемы включения катушек прибор может быть использован в качестве амперметра, вольтметра и ваттметра. При включении обеих катушек прибора последовательно в цепь измеряемого тока (рис. 327,а) прибор будет работать в качестве амперметра; при подключении катушек к двум точкам (рис. 327,б), между которыми действует подлежащее измерению напряжение, прибор будет работать в качестве вольтметра.

Рис. 326.

Устройство (а) и принципиальная схема (б) электродинамического измерительного механизма

При подключении же одной катушки последовательно, а другой параллельно приемнику электроэнергии (рис. 327, в) угол отклонения стрелки будет пропорционален произведению тока I и напряжения U, т. е. мощности Р=UI и, следовательно, прибор будет работать в качестве ваттметра и измерять мощность, получаемую приемником.

Достоинствами электродинамических приборов являются пригодность для измерения постоянного и переменного тока, равномерность шкалы у ваттметров и относительно высокая точность по сравнению с другими приборами, предназначенными для измерений в цепях переменного тока.

К недостаткам относится сильное влияние внешних магнитных полей на точность измерений, чувствительность к перегрузкам и относительно высокая стоимость.

Электродинамические приборы применяют обычно в качестве точных лабораторных приборов, а также в качестве ваттметров и счетчиков электрической энергии в цепях постоянного тока.

Рис. 327. Схемы включения электродинамического прибора в качестве амперметра (а), вольтметра (б) и ваттметра (в)

Устройство и применение ферродинамических приборов. Работа ферродинамических приборов основана на том же принципе, что и приборов электродинамической системы. Для усиления магнитного поля в ферродинамическом измерительном механизме применен магнитопровод из ферромагнитного материала. Неподвижная катушка 2 (рис. 328) размещается на полюсах ферромагнитного сердечника 4, а подвижная 3 поворачивается так же, как и в приборах магнитоэлектрической системы,— в воздушном зазоре между полюсами 1 и неподвижным цилиндрическим сердечником 5. При такой конструкции приборы защищены от влияния внешних магнитных полей. Кроме того, увеличиваются магнитные потоки, создаваемые катушками, и возрастает вращающий момент, действующий на подвижную систему.

Ферродинамические приборы используют в качестве щитовых амперметров, ваттметров и вольтметров, работающих в условиях тряски и вибраций (например, на э. п. с. переменного тока). Кроме того, их применяют в качестве самопишущих приборов, так как они имеют значительный вращающий момент, преодолевающий трение в записывающих устройствах.

Рис. 328. Принципиальная схема ферродинамического измерительного механизма