Электроизмерительные приборы

Содержание.

1.Введение.

2.Обозначения электроизмерительных приборов.

3. Магнитоэлектрические приборы.

4. Электромагнитные приборы.

5. Измерение тока и напряжения.

6.Заключение.

7.Список используемой литературы.

 

 

1.Введение.

Электроизмерительные  приборы - техническое устройство с помощью которого происходит измерение электрических величин.

Средства  электрических измерений широко применяются в энергетике, связи, промышленности, на транспорте, в научных исследованиях, медицине, а также в быту — для учёта потребляемой электроэнергии. Используя специальные датчики для преобразования  величин в электрические, электроизмерительные приборы можно использовать для измерения самых разных физических величин, что ещё больше расширяет диапазон их применения.  

Они служат для контроля режима работы электрических  установок, их испытания и учета расходуемой электрической энергии. В зависимости от назначения электроизмерительные приборы подразделяют на амперметры (измерители тока), вольтметры (измерители напряжения), ваттметры (измерители мощности), омметры (измерители сопротивления), частотомеры (измерители частоты переменного тока), счетчики электрической энергии и др. Различают две категории электроизмерительных приборов: рабочие — для контроля режима работы электрических установок в производственных условиях и образцовые — для градуировки и периодической проверки рабочих приборов.

  Электроизмерительные  приборы будут крайне полезны  как в быту, так и для исправления  неисправностей, а также они понадобятся для профессиональных процедур с электроприборами.

 

 

 

2.Обозначения  электроизмерительных  приборов.

По конструкции  отсчетного устройства показывающие приборы  делятся на приборы с механическим указателем (стрелочные), со световым указателем (зеркальные), с пишущим устройством (самопишущие) и электронные приборы  со стрелочным или цифровым указателем отсчета. В стрелочных приборах измерительный  механизм поворачивает стрелку на некоторый  угол, который определяет значение измеряемой величины (шкала прибора  проградуирована в соответствующих  единицах: амперах, вольтах, ваттах и  пр.).

В электроизмерительных приборах сравнения измерения осуществляются путем сравнения измеряемой величины с какой-либо образцовой мерой или  эталоном. К ним относятся различные  мосты для измерения сопротивлении и компенсационные измерительные устройства (потенциометры). Последние измеряют разность между измеряемым напряжением или э. д. с. и компенсирующим образцовым напряжением (э. д. с). В качестве сравнивающего прибора обычно используют гальванометр.

Действие  электроизмерительных приборов непосредственной оценки основано на различных проявлениях  электрического тока (магнитном, тепловом, электродинамическом и пр.), используя  которые можно при помощи различных  измерительных механизмов вызвать  перемещение стрелки.

В зависимости  от принципа действия, положенного  в основу устройства измерительного механизма, электроизмерительные приборы  относятся к различным системам: магнитоэлектрической, электромагнитной, электродинамической, тепловой, индукционной и др. Приборы каждой из этих систем имеют свои условные обозначения.

Приборы могут выполняться с противодействующей возвратной пружиной и без пружины. В последнем случае они называются логометрами.

Обозначения:

Магнитоэлектрический прибор с подвижной рамкой

Магнитоэлектрический прибор с подвижным магнитом

Электродинамический прибор

Электромагнитный прибор

Ферродинамический прибор

Индукционный прибор

Электростатический прибор

Вибрационный (язычковый) прибор

Тепловой прибор (с нагреваемой проволокой)

Биметаллический прибор

Термоэлектрический прибор с магнитоэлектрическим измерительным механизмом

Выпрямительный прибор с магнитоэлектрическим измерительным механизмом 

3. Магнитоэлектрические приборы.

Устройство и принцип действия. Магнитоэлектрический измерительный механизм (рис. 321,а) выполнен в виде постоянного магнита 1, снабженного полюсными наконечниками 2, между которыми укреплен стальной сердечник 3. В кольцеобразном воздушном зазоре, образованном полюсными наконечниками и сердечником, помещена подвижная катушка 5, намотанная на алюминиевый каркас 6 (рис. 321,б). Катушка выполнена из очень тонкого провода и укреплена на оси, связанной со стрелкой спиральными пружинами 4 или растяжками. Через эти же пружины или растяжки осуществляется подвод тока к катушке.

При прохождении  тока I по катушке на каждый из ее проводников  будет действовать электромагнитная сила. Суммарное действие всех электромагнитных сил создает вращающий момент М, стремящийся повернуть катушку и связанную с ней стрелку прибора на некоторый угол ?. Так как индукция В магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом, неизменна и не зависит от тока I, то

M = c₁I (93)

где c₁ — постоянная величина, зависящая от конструктивных параметров данного прибора (числа витков катушки, ее размеров, индукции В в воздушном зазоре). 
 

Рис. 321. Устройство магнитоэлектрического измерительного механизма

Воздушный демпфер (рис. 322, а) выполнен в виде цилиндрической камеры, внутри которой перемещается крыло 1 в виде поршня, связанного с  подвижной системой. При перемещении  подвижной части происходит торможение движущегося в камере 2 крыла, и  колебания подвижной части быстро затухают.

Магнитно-индукционный демпфер (рис. 322, б) выполнен в виде неподвижного постоянного магнита 3, который при  повороте подвижной системы прибора  индуцирует вихревые токи в металлическом (алюминиевом) секторе 4, установленном  на оси прибора.

Рис. 322. Воздушный (а) и  магнитно-индукционный (б) демпферы 

Взаимодействие  этих токов с магнитом создает  согласно правилу Ленца силу, тормозящую подвижную систему и обеспечивающую быстрое затухание колебаний  стрелки. В магнитоэлектрических приборах роль демпфера выполняет алюминиевый  каркас 6 катушки (см. рис. 321,б). При повороте подвижной части прибора изменяется магнитный поток, пронизывающий каркас катушки. Благодаря этому в каркасе индуцируются вихревые токи, взаимодействие которых с магнитным полем магнита создает тормозной момент, обеспечивающий быстрое успокоение подвижной части. 
Применение прибора. Приборы магнитоэлектрической системы применяют для измерения тока и напряжения в электрических цепях постоянного тока. В частности, на э.п.с. и тепловозах их используют в качестве амперметров и вольтметров. В амперметрах и вольтметрах катушка прибора имеет различное сопротивление и включается по различным схемам.

Достоинством  приборов магнитоэлектрической системы  являются равномерность шкалы, высокая  точность и независимость показаний  от посторонних магнитных полей. К недостаткам их относятся непригодность  для измерения переменного тока, необходимость соблюдения полярности при включении и чувствительность к перегрузкам (при перегрузке тонкая проволока катушки и спиральные пружины, подводящие к ней ток, могут  сгореть). 

4.Электромагнитные  приборы.

Электромагнитные приборы и их Устройство. Принцип работы приборов этой системы основан на взаимодействии магнитного поля, создаваемого катушкой 1 со стальным сердечником 3, помещенным в поле этой катушки. Электромагнитный измерительный механизм выполняют с плоской (рис. 324, а) или круглой (рис. 324,б) катушкой.

В приборах с плоской катушкой сердечник  установлен на оси, несущей стрелку. При прохождении тока по катушке 1 сердечник 3 будет намагничиваться и втягиваться в катушку, поворачивая ось и стрелку. Повороту оси препятствует спиральная пружина 2. Когда усилие, создаваемое пружиной, уравновесит усилие, созданное катушкой, подвижная система прибора остановится и стрелка зафиксирует на шкале определенный ток.

Вращающий момент, воздействующий на подвижную  часть прибора, пропорционален силе притяжения F электромагнита, под действием  которой сердечник втягивается  в катушку. Сила притя-

Рис. 324. Устройство электромагнитных измерительных механизмов с плоской (а) и круглой (б) катушками

жения F, как было показано в § 93, пропорциональна квадрату индукции в, создаваемой магнитным полем катушки; следовательно, она пропорциональна квадрату тока I в катушке. Поэтому вращающий момент

M = c₁I² (96)

где c₁ — постоянная величина, зависящая от конструктивных параметров прибора (числа витков и размеров катушки, материала и формы сердечника) и положения сердечника относительно катушки.

При втягивании сердечника в катушку вращающий  момент М изменяется пропорционально I².

Под действием  момента М подвижная часть  прибора будет поворачиваться до тех пор, пока этот момент не будет  уравновешен противодействующим моментом M_пр = c₂?, созданным пружинами или растяжками. В момент равновесия М = M_пр, откуда

α= (c1/c2) I² = kI² (97)

где к — постоянная величина.

Следовательно, в приборах с электромагнитным измерительным  механизмом угол поворота а подвижной части и стрелки пропорционален квадрату тока, проходящего по катушке. Поэтому

такой прибор имеет неравномерную (квадратичную) шкалу. Для сглаживания этой неравномерности  сердечнику придается особая лепестко-образная форма, вследствие чего форма магнитного поля и усилие, создаваемое катушкой, изменяются по мере втягивания сердечника.

Устранение  колебаний подвижной системы  прибора при переходе стрелки  из одного положения в другое осуществляется демпфером 5.

В приборах с круглой катушкой подвижная  система поворачивается в результате взаимодействия двух стальных намагничиваю-

Рис. 325. Устройство астатического измерительного механизма