1. Основні вимірювальні прилади та елементи електричного кола icon

1. Основні вимірювальні прилади та елементи електричного кола




Скачати 497.52 Kb.
Назва1. Основні вимірювальні прилади та елементи електричного кола
Сторінка1/5
Дата15.09.2012
Розмір497.52 Kb.
ТипДокументи
джерело
  1   2   3   4   5



Розділ 1


1. Основні вимірювальні прилади та елементи електричного кола



1.1. Будова і принцип роботи основних

електровимірювальних приладів.

В залежності від того, яке фізичне явище використовується в даному приладі для вимірювання, електровимірювальні прилади поділяються на системи. Розрізняють такі основні системи електровимірювальних приладів.

  1. Магнітоелектрична система.

Принцип дії приладів магнітоелектричної системи ґрунтується на дії магнітного поля постійного магніту на рухому котушку, по якій протікає струм, величину якого необхідно виміряти. Схема будови такого приладу приведена на рис. 1.1.


Рис. 1.1
Магнітне поле створюється сильним постійним магнітом підковоподібної форми. До ніжок цього магніту прикріплені полюсні наконечники (N, S), які вгнутими циліндричними поверхнями обернені один до одного. Між цими наконечниками нерухомо закріплено залізний циліндр дещо меншого радіуса. Цей циліндр служить магнітопроводом, і тим самим зменшує втрати магнітного поля між полюсними наконечниками.

У невеликому повітряному щілині між залізним циліндром і полюсними наконечниками може вільно обертатися на осі котушка 2, яка охоплює залізний циліндр. Котушка складається з алюмінієвого каркаса прямокутної форми, на якому намотана тонка дротина. На осі котушки закріплена стрілка 4, кінець якої переміщується над шкалою з поділками. Взаємодія струму, що проходить по обмотці котушки, і магнітного поля в повітряній щілині зумовлює виникнення обертового моменту, під дією якого котушка намагається обертатися на осі. Момент протидії створюють дві спіральні пружини 3, які закручені в протилежні сторони і одночасно служать для підведення струму. При пропусканні постійного струму через котушку, за рахунок взаємодії струму з магнітним полем магніту котушка буде обертатись навколо осі до тих пір, поки момент протидії пружин, який зростає із збільшенням кута повороту котушки, не стане рівним обертовому моменту. Оскільки момент протидії пружин пропорційний до кута закручування, то кут відхилення котушки і з’єднаної з нею стрілки буде пропорційний силі струму, що протікає по котушці.

Лінійна залежність між струмом і кутом відхилення стрілки дає можливість зробити шкалу приладу рівномірною. Через те, що каркас рухомої котушки виготовлений з алюмінію, тобто, з провідника, то при русі в магнітному полі індукційні струми, що виникають у ньому створюють гальмівний момент, який обумовлює швидке заспокоєння стрілки.

Прилади магнітоелектричної системи використовують для вимірювань тільки у колах постійного струму. Постійний струм необхідно пропускати через котушку в одному визначеному напрямі. Прилади, які мають такі властивості, називаються поляризованими і мають на своїх затискачах позначення “+” і “–“. Якщо дивитися на прилад зі сторони шкали, то знак “+” ставиться біля правого затискача (клеми). При вмиканні приладу в коло до цього затискача підводять провідник від додатного затискача джерела струму. Ця вимога не стосується приладів, в які мають нульову поділку посередині шкали.


До переваг приладів магнітоелектричної системи відносяться:

а) висока чутливість і точність показів;

б) нечутливість до зовнішніх магнітних полів;

в) мале споживання енергії;

г) рівномірність шкали;

д) аперіодичність (стрілка швидко встановлюється на певній поділці шкали практично без коливань).

До недоліків приладів цієї системи можна віднести:

а) можливість проводити вимірювання тільки в колі постійного струму;

б) чутливість до перевантажень.

  1. ^ Електромагнітна система.

Принцип дії приладів електромагнітної системи заснований на взаємодії магнітного поля котушки, по якій протікає вимірювальний струм, і залізного осердя, якие є одночасно рухомою частиною. На рис. 1.2. приведена конструкція приладу цієї системи, яка найчастіше зустрічається.




Рис. 1.2



Струм, який необхідно виміряти, проходить по котушки ^ 1, що має плоску форму з вузькою щілиною. Залізне осердя 2, яке має форму еліпса, закріплене ексцентрично на осі і може входити в щілину котушки, обертаючись навколо цієї осі . Під дією магнітного поля котушки осердя намагається розміститися так, щоб його поверхню перетинало як найбільше ліній індукції. Із збільшенням сили струму в котушці 1 осердя 2 буде з більшою силою втягуватись в щілину котушки, і тим самим повертати на більший кут вісь , до якої прикріплена тоненька алюмінієва стрілка 3. Момент протидії створюється спіральною пружиною 4.

Прилади електромагнітної системи мають повітряний заспокоювач - циліндричну камеру , в якій рухається легкий алюмінієвий поршень . При обертанні осердя на поршень діє сила опіру повітря, внаслідок чого коливання рухомої частини приладу швидко згасає.

Залізний сердечник 2 втягується в щілину котушки 1 тим сильніше, чим більша величина магнітного потоку всередині щілини і чим більша намагніченість самого осердя. В першому наближенні можна вважати, що і величина магнітного потоку всередині щілини, і намагніченість осердя пропорційні напруженості магнітного поля, яке створюється котушкою, а, значить, і силі струму в котушці. Отже, обертовий момент буде пропорційний квадрату сили струму, що протікає в котушці.

Оскільки при зміні напрямку струму в котушці міняється як напрям магнітного поля, так і полярність намагнічення осердя, то зміна напрямку струму не викличе зміни напрямку обертового моменту, що діє на рухому частину приладу. Отже, прилади електромагнітної системи можуть бути використані як при вимірюванні на постійному, так і на змінному струмах. Із-за квадратичної залежності обертового моменту від сили струму, шкала приладів даної системи є нерівномірною.

Переваги приладів електромагнітної системи:

а) можливість проводити вимірювання як постійного, так і змінного струму;

б) простота конструкції;

в) механічна стійкість (міцність);

г) витривалість до перевантажень.

Недоліки приладів даної системи:

а) нерівномірність шкали;

б) недостатня аперіодичність;

в) дещо менша точність, порівняно з приладами магнітоелектричної системи;

г) залежність показів від зовнішніх магнітних полів.

  1. Електродинамічна система.

Будову приладу електромагнітної системи видно із схематичного рисунка 3.




Рис. 1.3
Всередині нерухомо закріпленої котушки ^ 1 може обертатись на осі рухома котушка 2, до якої жорстко прикріплена стрілка 4, що переміщається над шкалою 5. Момент протидії створюється двома спіральними пружинами 3, як і в приладах магнітоелектричної системи. Струм, який необхідно виміряти, проходить через обидві котушки. В результаті взаємодії магнітного поля нерухомої котушки 1 і струму в рухомій створюється обертовий момент, під впливом якого рухома котушка буде намагатись повернутися так, щоб площина її витків встановилась паралельно до площини витків нерухомої котушки, а їх магнітні поля співпадали б за напрямом. Цьому протидіють пружинки 3, внаслідок чого рухома котушка встановиться в такому положенні, коли обертовий момент буде дорівнювати протидіючому.

Котушки в приладах електродинамічної системи, в залежності від призначення, можуть бути з’єднані між собою як паралельно, так і послідовно. Якщо котушки приладу з’єднати паралельно, то такий прилад може бути використаний як амперметр. Якщо котушки з’єднати послідовно і приєднати до них додатковий опір, то такий прилад може бути використаний як вольтметр.

П


Рис. 1.4
ри зміні напряму струму в обох котушках напрям обертового моменту не змінюється. Тому прилади електродинамічної системи можуть використовуватись як для вимірювань на постійному, так і на змінному струмах. Аперіодичність в цих приладах, аналогічно як і в електромагнітних, досягається при допомозі повітряного заспокоювача.

При вимірюванні в електричному колі потужності, що споживається з електричної мережі, широко використовується електродинамічний ватметр. Схема вмикання ватметра в електричне коло приведена на рис

Він має дві котушки: нерухому 1-2 (рис.1.4), яка має невелике число витків з товстого дроту, і вмикається послідовно з тією ділянкою кола, в якій необхідно виміряти споживану потужність; і рухому котушку 3-4, яка має велику кількість витків з тонкого дроту, і розміщена на осі всередині нерухомої котушки. На цій

же осі закріплена стрілка, поршень повітряного заспокоювача і дві спіральні пружинки, які служать для створення протидіючого моменту і підведення струму до рухомої котушки. Рухома котушка вмикається в електричне коло паралельно до цієї ділянки, де вимірюється споживана потужність. Для збільшення опору рухомої котушки послідовно з нею в приладі ввімкнено додатковий опір Rд.

В даному випадку сила взаємодії між котушками, а, значить, і кут обертання рухомої котушки пропорційні силі струму в нерухомій котушці і напрузі на затискачах рухомої котушки, тобто, пропорційні потужності, що споживається в електричному колі. Отже, відхилення рухомої частини приладу пропорційне потужності і тому шкалу приладу можна проградуювати у ватах. З цього також випливає, що на відміну від електродинамічних амперметрів і вольтметрів, ватметр цієї системи має рівномірну шкалу. Схема вмикання ватметра в електричне коло приведена на рис.4.

Переваги приладів електродинамічної системи:

а) можливість проводити вимірювання у колах постійного струму і змінного струму;

б) достатня точність.

Недоліки приладів електродинамічної системи:

а) нерівномірність шкали амперметрів і вольтметрів цієї системи;

б) чутливість до зовнішніх магнітних полів;

в) велика чутливість до перевантажень;

г) висока ціна цих приладів.




Рис. 1.5



Електродинамічні амперметри і вольтметри використовуються, головним чином, як контрольні прилади при вимірюваннях у колах змінного струму. Для вимірювання постійного струму такі прилади використовувати недоцільно, оскільки вони дорожчі від магнітоелектричних і не мають в порівнянні з ними жодних переваг.

Є електродинамічні прилади, що складаються з трьох котушок (Рис. 1.5): двох нерухомих 1 і однієї рухомої ^ 2, сполученої з легенькою алюмінієвою стрілкою 4. Котушка 2 обертається всередині двох нерухомих. По котушках 1 проходить струм однакового напряму, а по рухомій 2 – у напрямі, перпендикулярному до згаданого. Чим більший іде струм, тим на більший кут повертається рухома котушка, розкручуючи спіральні пружинки 3, які створюють протидіючий момент. Ці ж пружинки за відсутності струму повертають рухому котушку і сполучену з нею стрілку у вихідне положення. Шкала цих приладів теж є нерівномірною.

  1. ^ Теплові прилади. Як вказує сама назва, у цих приладах використано теплову дію струму. Основною частиною в цих приладах є тонка дротинка, що витримує високу температуру (переважно її виготовляють із сплаву срібла і платини), закріплена в двох тачках А і В (рис. 1.6). До середини цієї дротинки припаяна металева нитка EF, яка відтягується тонкою шовковою ниткою CD, перекинутою через коліщатко R. Другий кінець цієї нитки прикріплений до сталевої пружини K, яка створює натяг нитки. До коліщатка прикріплена легенька стрілка N, кінець якої переміщається по шкалі S. Якщо проходить струм по дротинці АВ, то вона видовжується внаслідок нагрівання її струмом, і пружина, відтягуючи металеву нитку EF, приводить до обертання коліщатка R і, тим самим, до відхилення стрілки N. Оскільки кількість теплоти, що виділяється струмом, пропорційна квадрату сили струму, то приладами теплової системи можна вимірювати як постійний, так і змінний струм. По цій же причині шкала теплових приладів нерівномірна. Слабким місцем цих приладів є те, що положення стрілки на шкалі залежить від навколишньої температури. Тому перед початком роботи необхідно за допомогою спеціального пристрою М (рис. 1.6) встановити стрілку на нульову поділку шкали.

П


Рис. 1.6
озитивні якості приладів теплової системи:

а) можливість вимірювань як на постійному, так і на змінному струмах;

б) незалежність показів від частоти і форми кривої змінного струму;

в) нечутливість до зовнішніх магнітних полів.

До недоліків теплових приладів можна віднести:

а) нерівномірність шкали;

б) наявність теплової інерції, в зв’язку з тим необхідно вичікувати деякий час, щоб стрілка приладу остаточно встановилася;

в) залежність показів від температури;

г) висока ціна приладів.

  1. Індукційна система.

Будова приладів індукційної системи заснована на взаємодії струмів, що індукуються в рухомій частині приладу, з магнітними потоками нерухомих електромагнітів. Схематичне зображення такого приладу приведене на рис. 1.7.




Рис. 1.7
Алюмінієвий диск А жорстко скріплений з віссю, на якій закріплена пружина В і стрілка С. Цей диск може переміщатися в повітряній щілині електромагніту D з обмоткою G. Частина поверхонь обох полюсів електромагніту прикривається мідними або алюмінієвими пластинками S, тобто, ці пластинки виконують роль електромагнітних екранів. Змінний струм, що проходить по обмотці котушки G, створює магнітний потік, який екранами розділяється на два потоки, зсунуті між собою зафазою на деякий кут. Внаслідок цього на диск буде діяти обертовий момент.

До індукційної системи відносяться електричні лічильники змінного струму. Використовуються також і ватметри цієї системи. Щодо амперметрів і вольтметрів індукційної системи, то вони мають дуже обмежене використання.

Е


Рис.1.8
лектричний лічильник (рис. 1.8) складається з двох електромагнітів 1 і 2, між полюсами яких може вільно обертатись алюмінієвий диск 4 (в електричних лічильниках протидіючий момент, що створюється спіральною пружиною, відсутній).

На осердя 1 електромагніту насаджено котушку з малою кількістю витків, виготовленою з товстого дроту. Цю котушку вмикають в коло електромережі послідовно з тією ділянкою кола, де необхідно виміряти витрачену електричну енергію. На електромагніт 2 насаджена ще одна котушка з великою кількістю витків з тонкого дроту, яку вмикають паралельно до вказаної ділянки кола. Коли пропускати змінний струм по цих котушках, утворюються два змінні магнітні потоки, які пронизують диск та індукують у ньому вихрові струми. Внаслідок взаємодії вихрових струмів з магнітними потоками електромагнітів диск починає обертатись. Магнітний потік котушки, ввімкненої послідовно, пропорційний величині струму I, а магнітний потік котушки, ввімкненої паралельно, пропорційний напрузі U. Оскільки обидва потоки діють на диск одночасно, тому швидкість його обертання в кожний момент часу пропорційна і величині струму I, і напрузі U, тобто, потужності P=IU. Кількість обертів диску пропорційна електричній енергії W=IUt, що споживається, і фіксується лічильним механізмом.

В приладах індукційної системи використовується електромагнітне заспокоєння, яке здійснюється за допомогою постійного магніту 3, між полюсами якого обертається диск. Індукційні стуми, що виникають при русі диска, створюють гальмуючий момент.

Відмінною особливістю приладів індукційної системи є те, що вони можуть використовуватися тільки при вимірюваннях у колах змінного струму. Крім цього, індукційними приладами можна користуватись тільки при цій частоті струму, для якої вони проградуйовані.

  1. ^ Вібраційна система.

Робота цих приладів ґрунтується на явищі резонансу, який виникає при співпаданні власної частоти коливань рухомої частини приладу з частотою змінного струму. Прилади цієї системи в основному використовуються як герцметри, тобто, як прилади для вимірювання частоти струму. Герцметр, або інакше частотомір, складається з електромагніта 1 (рис.1.9,а), що живиться струмом, частоту якого необхідно виміряти. Перед полюсами розміщено залізний якір 2, кінець якого з’єднаний з планкою 3. Ця планка одночасно є основою ряду тонких стальних пластинок – язичків 4, що мають різну частоту власних коливань. При проходженні струму через обмотку якір здійснює коливання і разом з ним коливаються язички. При цьому з найбільшою амплітудою буде коливатись той язичок, частота якого дорівнює подвоєній частоті змінного струму. Значення вимірювної частоти визначається за амплітудою язичків, що коливаються, як показано на рис.1.9,б.





Рис. 1.9




  1. Електростатична система.

Будова приладів цієї системи заснована на взаємодії двох або декількох електрично заряджених провідників. Під дією сил електростатичного поля рухомі провідники 2 переміщуються відносно нерухомих провідників 1 (рис. 1.10).

frame11

Рухомі провідники жорстко закріплені на осі обертання, на якій закріплена стрілка 4, що переміщається над шкалою. Електростатичні прилади служать, як правило, вольтметрами для безпосереднього вимірювання високих напруг.

  1. ^ Термоелектрична система.

Ця система характеризується використанням однієї або декількох термопар, які є в тепловому контакті з провідником зі струмом. Під дією тепла, що виділяється струмом, який необхідно виміряти, в термопарах виникає термоелектрорушійна сила (явище Зеєбека). Величина термоелектрорушійної сили прямо пропорційна різниці температур в контактах термопар. Постійний струм, що виникає за рахунок термоелектрорушійної сили в колі термопар, подається у вимірювальний прилад магнітоелектричної системи. Прилади термоелектричної системи використовуються, в основному, при вимірюванні змінних струмів високої частоти.

  1. ^ Детекторна система.

Будова приладів цієї системи заснована на тому, що змінний струм випрямляється за допомогою випрямляча, вмонтованого в самому приладі. Отриманий постійний пульсуючий струм після випрямлення вимірюється за допомогою чутливого приладу магнітоелектричної системи.

  1. Дзеркальні гальванометри.

Д


Рис. 1.11

ля вимірювання дуже малих струмів, напруг і кількостей електрики (заряду) використовують дзеркальні гальванометри. В переважній більшості випадків дзеркальні гальванометри є приладами магнітоелектричної системи, у яких рухома частина виготовлена дуже легкою і закріплена не на осі, що повертається в підшипниках, а підвішена на дуже тонкій пружній металевій дротині. Будова такого гальванометра схематично показана на рис. 1.11.


На пружній металевій нитці ^ А, закріплена рухома котушка В, що може повертатися між полюсами сильного постійного магніту NS. Металева нитка одночасно підводить струм до одного з кінців котушки. Другий кінець котушки приєднаний до тонкої пружинки С, яка, в свою чергу, з’єднана з відповідним затискачем приладу. Котушка може обертатись навколо нерухомого циліндра Е, який використовують для зменшення магнітного опору. На рухомій частині гальванометра закріплюють невелике дзеркальце D, при допомозі якого проводять відлік кута відхилення системи.

З теорії методу дзеркал і шкали відомо, що коли дзеркальце повертається на кут , то світловий зайчик К відхилиться по шкалі L на величину a (рис. 1.11,б), яку визначають із співвідношення:

,

де a – відлік по шкалі;

d – відстань від дзеркала до шкали;

– кут повороту рухомої частини (дзеркальця).

Як вже згадувалось вище, гальванометри призначені для вимірювання малих струмів та малих напруг. Їх чутливість, тобто, величина струму, що відповідає одній поділці шкали, лежить в межах 10-4  10-10, а в деяких випадках навіть 10-14 А.

Якщо необхідно виміряти малу кількість електрики (заряду), що протікає за невеликий проміжок часу (долі секунди), то використовують балістичний гальванометр. Від звичайного дзеркального гальванометра він відрізняється тим, що його рухома частина має значно більший момент інерції. Тому період коливань балістичного гальванометра знаходиться в межах 10  20 секунд, тоді як у звичайного гальванометра він дорівнює декілька секунд.

Наявність достатньо великого періоду коливань приводить до того, що імпульс струму, якщо він короткочасний, припиняється раніше, ніж рухома частина встигне відхилитись від положення рівноваги на помітний кут. При виконанні цієї умови можна записати:



тобто, кількість електрики q, що протікає через обмотку гальванометра, пропорційна куту відхилення його рухомої частини. Величина CB називається балістичною сталою гальванометра, яка чисельно дорівнює величині електричного заряду, який протікаючи через котушку гальванометра, зумовлює максимальне відхилення світлового зайчика на 1 мм шкали, яка знаходиться від дзеркальця на відстані 1м.

На закінчення цього параграфу додамо, що умовні позначення різних систем електровимірювальних приладів, що подано в нижченаведеній таблиці 1, вказуються на шкалі відповідного приладу.
  1   2   3   4   5

Схожі:

1. Основні вимірювальні прилади та елементи електричного кола iconНазва модуля: Метрологія Код модуля: мсс 6105 С01
Вимірювальні засоби. Вимірювальні пристрої. Вимірювальні прилади. Вимірювальні перетворювачі. Міри електричних величин та стандартні...
1. Основні вимірювальні прилади та елементи електричного кола iconНапрям: 0907 Радіотехніка Спеціальність: 
Вимірювальні сигнали. Електромеханічні прилади. Масштабні вимірювальні перетворювачі
1. Основні вимірювальні прилади та елементи електричного кола iconМетодичні вказівки до виконання лабораторних робіт за темами „Трифазні кола, несинусоїдні кола, перехідні процеси, нелінійні кола”
Трифазні кола, несинусоїдні кола, перехідні процеси, нелінійні кола” з дисципліни „Теоретичні основи електротехніки” (для студентів...
1. Основні вимірювальні прилади та елементи електричного кола iconНазва модуля: Електричні та магнітні вимірювання Код модуля
Основні поняття метрології та вимірювальної техніки. Вимірювальні прилади І методи вимірювань. Похибки вимірювань. Системи електровимірювальних...
1. Основні вимірювальні прилади та елементи електричного кола iconМетодичні рекомендації
Устаткування І матеріали: арматура, що напружується, силова форма, прилад прду, контрольно-вимірювальні прилади
1. Основні вимірювальні прилади та елементи електричного кола iconДодаток вимірювальні прилади вимірювання лінійних величин
Для вимірювань, які не вимагають високої точності, застосовують масштабні лінійки, складні метри, рулетки
1. Основні вимірювальні прилади та елементи електричного кола iconПовідомлення учасникам про результати процедури закупівлі
Найменування предмета закупівлі. Прилади вимірювальні, контрольні, випробувальні різні Код 33. 20. 6
1. Основні вимірювальні прилади та елементи електричного кола iconПовідомлення про відміну торгів або визнання їх такими, що не відбулися
...
1. Основні вимірювальні прилади та елементи електричного кола iconДослідження нерозгалуженого лінійного електричного кола синусоїдного струму
Удлс-1 (блок змінної напруги стенда, що працює в режимі генерації синусоїдної напруги)
1. Основні вимірювальні прилади та елементи електричного кола iconНавчальне видання
Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт за темами „Трифазні кола, несинусоїдні кола, перехідні процеси, нелінійні кола”...
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©zavantag.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи