Электромагнитные амперметры и вольтметры.

В ампер­метрах электромагнитной системы весь измеряемый ток проходит по катушке измерительного механизма. Значение номинальной МДС, необходимой для создания магнитного -поля в зазоре катушки, составляет: 100 А в механизмах, подвижная часть которых крепится на опорах; 50 А*в меха­низмах с подвижной частью, укрепленной на растяжках; 20 А в механизмах с замкнутым магнитопроводом. Поэтому для расширения диапазонов измерения электромагнитных однопредельных амперметров одного типа необходимо уменьшить число витков катушки. В" амперметре на номи­нальный ток 100 А катушка имеет один виток, выполненный из толстой медной шины. Такие амперметры для прямого включения на токи больше 200 А не изготовляют из-за на­грева шины и сильного влияния на показания прибора магнитного поля токоподводящих проводов. Диапазоны из­мерения электромагнитных амперметров, работающих на переменном токе, проще расширять с помощью измеритель­ных трансформаторов тока.

Электромагнитные щитовые амперметры обычно выпус­каются однопредельными, а переносные — многопредельны­ми (до четырех пределов измерения).

Для расширения диапазонов измерения переносных мно­гопредельных электромагнитных амперметров катушки вы­полняют секционированными. Секции включаются в последовательно-параллельные комбинации. Переключение секций производится с по­мощью переключающих устройств.

Температурная погрешность у электромагнитных ампер­метров невелика и обусловлена только изменением упругос­ти спиральных пружин или растяжек. Изменение сопротив­ления обмотки катушки, вызванное влиянием внешней тем­пературы, не вызывает погрешности, так как весь измеряемый ток проходит по обмотке.

Дополнительная частотная погрешность в электромагнитных амперметрах вследствие вихревых токов в сердечни­ке и поверхностного эффекта в проводах обмотки также не­велика.

В вольтметрах электромагнитной системы последова­тельно с катушкой измерительного механизма включается добавочный резистор Rn с очень малой остаточной реактив­ностью, выполненный из манганина (рис. 3.39).

Рис. 3.39.Схема электромагнитно­го

вольтметра . Рис 3.40. Схема электростатического

вольтметра с защитным

сопротивле­нием

Добавочные резисторы могут быть внутренними и наружными. В много­предельных вольтметрах добавочные резисторы делают секционными.

Для компенсации температурной погрешнос­ти у вольтметров необходимо, чтобы отношение сопротив­ления добавочного резистора из манганина к сопротивле­нию катушки из меди было достаточно велико (не меньше некоторого значения, определяемого классом точности при­бора). Обычно у вольтмеров на напряжение больше 100 В это условие соблюдается, и диапазоны измерения их расши­ряются за счет изменения сопротивлений добавочных резис­торов при неизменном токе полного отклонения. Вместе с тем имеются также конструкции вольтметров с замкнутым магнитопроводом, у которых катушка намотана манганино­вым проводом, а добавочный резистор отстутствует. Оче­видно, что показания таких вольтметров мало зависят от температуры.

Изменение частоты сказывается на показаниях вольт­метров больше, чем на показаниях амперметров. Это обус­ловлено тем, что с повышением частоты тока увеличивается реактивная составляющая сопротивления катушки вольт­метра, вызывающая уменьшение тока в цепи прибора и, следовательно, уменьшение его показаний. Поэтому для расширения частоточного диапазона необходимо вводить частотную компенсацию с помощью включения конденсато­ра С параллельно добавочному резистору или его части аналогично электродинамическому вольтметру (см. рис. 3.38).

Электромагнитные вольтметры и амперметры обладают следующими достоинствами: они пригодны для работы на постоянном и переменном токе; устойчивы к токовым пе­регрузкам; имеют простую конструкцию.

К числу их недостатков можно отнести некоторую нерав­номерность шкалы, зависимость показаний от внешних магнитных полей, большое собственное, потребление мощ­ности (за исключением приборов с замкнутым магнитопро­водом).

Существуют также электромагнитные перегрузочные ам­перметры, вольтметры номинального значения и нулевые вольтметры.

Отечественная промышленность выпускает переносные амперметры класса 0,5 с верхними пределами измерений от 10 мА до 10 А на частоты до 1500 Гц; щитовые однопредельные амперметры классов 1,0; 1,5; 2,5 на токи до 300 А с встроенными трансформаторами тока и до 15 кА с на­ружными трансформаторами тока; переносные вольтметры класса 0,5 с верхними пределами измерений от 1,5 добООВ; щитовые вольтметры классов 1,0; 1,5; 2,5 с верхними пре­делами измерений от 0,5 до 600 В непосредственного вклю­чения и до 450 кВ с трансформаторами напряжения на раз­личные фиксированные частоты от 50 до 1000 Гц.

Электростатические вольтметры.

Важным вопросом при конструировании электростатических вольтметров является применение высококачественной изоляции между подвиж­ными и неподвижными электродами.

При использовании электростатических вольтметров следует иметь в виду, что большинство вольтметров с пре­делом измерения до 300 В имеет очень малый воздушный зазор между пластинами, поэтому для предохранения при­бора от повреждения при случайном коротком замыкании пластин внутрь вольтметра встраивается защитное сопро­тивление.

Вольтметр включается в сеть посредством зажи­мов 1 и 2 (рис. 3.40). В таких приборах при повышении час­тоты возникает дополнительная погрешность, поэтому при измерениях на частотах более 300 кГц защитное сопротив­ление надо отключать, т. е. прибор следует включать через зажимы 1 и Э (экран).

Расширение диапазонов измерения электростатических вольтметров на переменном токе производится путем вклю­чения добавочного конденсатора Сд (рис. 3.41, а) или ем­костного делителя напряжения Си Съ (рис. 3.41,6), а на постоянном токе — резистивного делителя напряжения R\, R2 (рис. 3.41, в).

Для цепи, изображенной на рис. 3.41, а, можно записать:

где U — измеряемое напряжение; Cv — собственная ем­кость вольтметра; Uv — напряжение на вольтметре.

Рис. 3.41. Схемы расширения диапазонов измерения электростатического вольтметра добавочным конденсатором (а), емкостным делителем на-пряжения (б) и резистивным делителем напряжения (в)

Емкость вольтметра Су изменяется в зависимости от его показания, поэтому подключение конденсатора изменяет от­ношение U/Uv и влияет на характер шкалы. Кроме того, конденсаторы имеют потери, зависящие от частоты. Следо­вательно, при включении вольтметра через добавочный кон­денсатор погрешности измерений возрастают.

Для расширения пределов измерения электростатиче­ских вольтметров лучше применять емкостный делитель напряжения (рис.. 3.40,6). В этом случае:

Если параметры емкостного делителя выбраны так, что С₁С_V то отношение напряжений U/Uv практически не зависит от показания вольтметра и шкала прибора не ис­кажается.

Для расширения нижних диапазонов измерения электро­статических вольтметров их применяют в сочетании с изме­рительными усилителями.

Отечественная промышленность в настоящее время вы­пускает переносные и щитовые однопредельные и многопредельные электростатические вольтметры классов точнос­ти 0,5; 1,0 и 1,5 на напряжения от 10 В до 300 кВ, на час­тоты до 10 МГц, имеющие входную емкость от 4 до 65 пФ и входное сопротивление 1010—1012 Ом.

Вибрационный гальванометр. Вибрационные гальванометры исполь­зуются в качестве нулевых индикаторов в цепях переменного тока в диапазоне частот 30—100 Гц. Наибольшее распространение получили магнитоэлектрические вибрационные гальванометры с подвижным маг­нитом (рис, 3.42). Подвижная часть гальванометра состоит из укреп-

Рис. 3.42. Магнитоэлектрический вибрационный гальванометр: *

а -г подвижная часть; б — устройство

ленных на растяжках 1 маленького магнита 2 из высококоэрцйтивного сплава и зеркальца 3. Подвижный магнит 2 расположен между полю­сами электромагнита 4, катушка 5 электромагнита включается в цепь переменного тока. Перпендикулярно полюсам электромагнита 4 распо­ложен магнитопровод 6, в зазоре которого вспомогательным магнитом 7 обеспечивается постоянный магнитный поток, создающий вместе с рас­тяжками противодействующий момент. При отсутствии переменного то­ка в катушке 5 подвижный магнит 2 устанавливается вдоль линий по­стоянного магнитного поля, т. е. он неподвижен, и отраженный от зеркальца 3 луч дает на шкале 8 узкую световую полосу. При наличии переменного тока в катушке 5 подвижный магнит стремится устано­виться вдоль результирующего магнитного поля, т. е. колеблется с амп­литудой, зависящей от тока. При этом отраженный от зеркальца 3 луч света дает на шкале световую полосу, ширина которой пропорциональ­на значению измеряемого тока.

.