В структуру прибора входят: ИЦ, ИМ, ОУ.
Применяют только для измерения напряжений в цепях переменного и постоянного тока.
Принцип действия основан на взаимодействии подвижных и неподвижных заряженных электродов, находящихся под напряжением, в результате этого возникает вращающий момент. Электроды образуют конденсатор емкости, значение которой меняется при перемещении подвижной части.
Конструктивно измерительные механизмы:
1. Измерительные механизмы с переменной площадью электродов;
2. Измерительные механизмы с переменным расстоянием между электродами.
ИМ состоит: система неподвижных металлических пластин; система подвижных металлических пластин; зеркало; растяжка.
Подвижная часть крепится на кернах с подпятниками или на растяжках. Если к пластинам, подвижным и неподвижным, приложить напряжение, то они окажутся заряженными противоположными по знаку зарядами и подвижные пластины будут притягиваться к неподвижным. В результате этого возникает вращающий момент.
- для постоянного тока
где C – электрическая емкость между подвижной и неподвижной пластинами, U – приложенное напр-е между подвижными и неподвижными пластинами.
- для перемен. тока
- ур-е шкалы на пост. токе
Отличительная особенность: малое собственное потребление мощности от измеряемой цепи. На постоянном токе эта величина практически равно 0, так как у них большое входное сопротивление. Не влияет на работу изменение температуры окр. среды. Электростатич. приборы не реагируют на изменение частоты и формы исследуемого сигнала. ИМ не подвержен влиянию внешнего магнитного поля.
Успокоители: магнитоиндукционные или воздушные.
Эксплуатационные характеристики:
- Применяются для измерения напряжения в цепях постоянного и переменного тока в широком диапазоне.
- Большое входное сопротивление, поэтому потребление мощности мало
- Низкая чувствительность
- Шкала приборов неравномерная (25% шкалы от начала нерабочие)
- Подвержены влиянию внешнего электростатического поля. Для устранения этого влияния измерительный механизм экранируют.
- Не подвержены влиянию внешнего магнитного поля
- Конструктивно сложны
- Дороги
Индукционные
Являются интегрирующими (суммирующими) приборами, не имеют шкалы и указателя.
Принцип действияоснован на взаимодействии двух или более магнитных потоков с токами, индуцированными этими потоками в подвижной части ИМ.
Применяют для измерений только в цепях переменного тока.
ИМ состоит: 2 неподвижных электромагнита; алюминиевый диск, может вращаться вокруг оси; постоянный магнит.
На основе индукционных ИМ строят счетчики электрической энергии.
Для предотвращения холостого хода диска в схеме предусмотрен постоянный магнит, который создает тормозящий момент.
По обмоткам электромагнитов текут токи I1 и I2, сдвинуты по фазе на угол φ. Эти токи создают два магнитных потока Ф1 и Ф2, также сдвинутых по фазе на угол φ. Магнитные потоки, пронизывая диск, наводят в нем ЭДС. Под действием этих ЭДС возникают вихревые токи i12 и i22. В результате взаимодействия магнитного потока Ф1 с вихревым током i22 и магнитного потока Ф2 с вихревым током i12 возникает вращающий момент.
Обязательное условие работы ИМ - это сдвиг по фазе между магнитными потоками Ф1 и Ф2.
f – частота изменения токов
K – коэффициент пропорциональности, определяется конструктивными особенностями ИМ
I1, I2 – токи, протекающие по обмоткам электромагнитов
φ – фазовый сдвиг
Отсутствуют конструктивные элементы для создания противодействующего момента.
Успокаивающий момент называют тормозящим. Он создается с помощью постоянного магнита.
Приборы применяются в цепях переменного тока с определенной частотой. При незначительном изменении частоты могут появиться существенные погрешности. Измерительные приборы чувствительны к изменению температуры окружающей среды.
Эксплуатационные характеристики:
- Большой вращающий момент
- Стойки к перегрузкам
- Надежны в работе
- Не подвержены влиянию внешнего магнитного поля, т.к. собственное большое
- Чувствительны к колебаниям частоты и температуры окружающей среды
- Имеют относительно низкую точность
- Имеют невысокую стоимость
- Достаточно широко используются в счетчиках электрической энергии
Логометры
Применяются в приборах для измерения величин, которые не являются прямой функцией тока (омметры, частотомеры, фазометры). Широко применяются для измерения неэлектрич. величин. Строятся на основе магнитоэлектрич. и ферродинамич., а также могут на основе э/динамич.
В логометрическом ИМ установившееся положение подвижной части зависит только от отношения токов, протекающих по обмоткам катушек.
Отличительная особенность логометров – неустойчивое безразличное положение подвижной части измерительного прибора, не включенного в измерительную цепь.
Магнитоэлектрич. логометр состоит: постоянный магнит; полюсные наконечники; стальной сердечник; две подвижные рамки, закрепленные на общую ось под углом 60º или 90º.
На оси крепится стрелка ОУ. Ток к обмоткам катушек подводится через безмоментные токоподводы (тонкая серебряная нить).
Взаимодействие токов, протекающих по обмоткам катушек с полем постоянного магнита создает два вращающих момента. Направление токов в катушках противоположно, соответственно вращающие моменты направлены навстречу друг к другу. Магнитное поле в воздушном зазоре между полюсными наконечниками и сердечником искусственно создается неравномерным. Неравномерное магнитное поле создается конструктивно.
2 способа создания неравномерного магнитного поля:
1) Изменением формы сердечника
2) Неравномерной расточкой полюсных наконечников
Из-за неравномерности магнитного поля вращающий момент оказывается зависимым от положения подвижной части.
, 
Вращающие моменты направлены противоположно. Под действием этих моментов подвижная часть измерительного механизма будет поворачиваться в сторону большего момента. При этом одна рамка из более узкого воздушного зазора с большей индукцией будет перемещаться в более широкий зазор с меньшей индукцией, а вторая рамка - наоборот. При этом вращающий момент одной рамки увеличивается, а другой уменьшается. Поворот продолжается до установления равновесного положения подвижной части, т.е. до тех пор, пока вращающие моменты не станут равны.
S - площадь рамки, w - число витков обмотки, I– ток, протекающий через обмотку рамки. S1, S2, ω1, ω2 – постоянны, а B1 и B2 – зависят от положения подвижной части.
Магнитоэлектрические логометры используют для измерения сопротивлений.
Ферродинамические логометры используют для измерения фазы и частоты.
Логометры выполняют щитовыми или переносными.
Гальванометры
Гальванометры – приборы, предназначенные для измерения малых токов или напряжения, а также для установления наличия или отсутствия тока на участке цепи.
Гальванометры – высокочувствительные приборы, строят на основе магнитоэлектрических ИМ. Шкала гальванометра чаще всего условная. Шкала может быть встроенной или отдельной.
Встроенная шкала – в менее чувствительных гальванометрах – со стрелочными указателями.
Отдельная шкала - у особо чувствительных гальванометров с указателем в виде светового луча, такие гальванометры называются зеркальными.
Если гальванометр используется в качестве нулевого индикатора, то важной хар-кой является чувствительность.
Если гальванометр применяют для измерения малых токов и напряжений то важной хар-кой является точность.
Принцип действия аналогичен магнитоэлектрическим измерительным приборам.
Высокая чувствительность осуществляется за счет крепления подвижной части на растяжках или ленточном подвесе. Такое крепление снижает удельный противодействующий момент. Применение светового указателя позволяет преобразовать малый угол отклонения подвижной части в значительное отклонение светового луча относительно шкалы отсчетного устройства.
Успокоитель - жидкостный.
чувствительность гальванометра по току
чувствительность гальванометра по напряжению
Чувствительность определяется отношением угла отклонения подвижной части к величине тока, протекающего по обмотке катушки.
Основные условия применения гальванометра:
- Чувствительность гальванометра не должна превышать действительно необходимую для данного эксперимента
- Критическое сопротивление не должно превышать сопротивление цепи более чем на 10-20 %
Электромеханические с преобразователями
Для использования магнитоэлектирч. ИМ в приборах для измерения в цепях переменного тока применяют соответствующие преоб-тели:
- термоэлектрические
- выпрямительные
Электромеханический прибор с преобразователем состоит из ИМ магнитоэлектрической системы с ОУ и соответствующего преобразователя переменного тока в постоянный, выполненных в одном корпусе.
Термоэлектрические измерительные приборы
Термоэлектрический прибор состоит из термопреобразователя, ИМ магнитоэлектрической системы и ОУ.
Термопреобразователь состоит из термопары и нагревателя. Нагреватель изготовляют из материала с большим удельным сопротивлением (вольфрам, нихром). При протекании тока через нагреватель, подключенный в ИЦ, он нагревается. Термопара состоит из двух разнородных проводников, соединенных между собой в точке спая. Точка горячего спая термопары либо механически крепится к нагревателю, либо располагается вблизи его.
При протекании тока через нагреватель точка спая термопары нагревается. Возникает разность температур между точкой горячего спая и свободными концами термопары, за счет этого на свободных концах возникает термо-ЭДС, которая измеряется с помощью измерительного механизма магнитоэлектрической системы.
Термо-ЭДС определяется как:
От способа нагрева точки спая различают контактные и бесконтактные преобразователи.
В контактных точка горячего спая находится либо в непосредственной близости к нагревателю, либо может быть механически закреплена на этом преобразователе (припаяна).
В бесконтактных точка горячего спая отделена от нагревателя изоляционным материалом или стеклом.
Для контактных требуется высокочувствительный измерительный механизм, т.к. термо-ЭДС у термопары невелика.В бесконтактных термо-ЭДС можно повысить за счет подключения батареи термопар, которые соединены между собой последовательно. В них ухудшаются условия термопередачи, что приводит к снижению общей чувствительности.
Для повышения чувствительности и снижения влияния температуры окр. среды на резудьтаты измерения термопреобразователи помещают в стеклянный баллон из которого откачивают воздух. Такой термопреобразователь называется вакуумным. Основной недостаток приборов с вакуумными преобразователями – недопустимость перегрузок.
Достоинства:
- Термоэлектрические приборы применяют в цепях постоянного и переменного тока.
- Шкала неравномерна, приближена к квадратичной.
- Применяют для измерения токов и напряжений в цепях повышенных и высоких частот.
- Приборы могут быть щитовыми или переносными.
Расширение пределов измерений возможно за счет подключения к одному измерительному механизму набора термопар. У термоэлектрических приборов включение в измерительную цепь добавочных резисторов или шунтов не имеет смысла.
Основное преимущество термоэлектрических приборов - пригодность работы на повышенных частотах.
Недостатки:
-Чувствительность к колебаниям температуры окр. среды
-Не допускают перегрузок
-Неравномерная шкала
-Собственное потребление мощности по измерительной цепи значительно
-Ограниченный срок службы термопреобразователя
Выпрямители
Выпрямители представляют собой соединение выпрямительного преобразователя и магнитоэлектрического ИМ с ОУ.
В кач-ве преоб-теля используют полупроводниковые диоды (германиевые и кремниевые). Недостатком полупроводниковых диодов как выпрямительных преоб-телей является нелинейность ВАХ, нестабильность ее во времени и зависимость ее от температуры и частоты.
Из-за нелинейности ВАХ полупроводниковых выпрямителей шкала выпрямительных приборов вначале сжата (15% от начала нерабочие).
В зависимости от схемы соединения выпрямительного механизма: одно- и двухполупериодные схемы выпрямления.
1) Однополупериодная
. 
.
2) Двухполупериодная
.
К - коэффициент формы исследуемого сигнала, D – удельный противодействующий момент
Выпрямительные приборы дают правильные показания только для определенной формы сигнала, т.е. для той, для которой проведена градуировка шкалы. При отклонении формы исследуемого сигнала появляются значительные погрешности.
Выпрямительные приборы чувствительны к колебаниям частоты и температуры окр.среды. Для устранения этого влияния применяют схемы частотной и температурной компенсации.
Достоинства:
- Высокая чувствительность
- Малое потребление мощности от измерительной цепи
- Возможность работы на повышенных частотах.
Недостатки:
- появление значительных погрешностей при отклонении формы исследуемого сигнала от формы сигнала, при котором производилась градуировка шкалы.
- градуировка шкалы правомерна только для одной опред. формы сигнала
- чувствительность к колебаниям частоты и температуры окр.среды
- наличие 15% нерабочей области в начале шкалы
Аналоговые приборы сравнения
1) Мосты
2) Компенсаторы
Применяются: для измерения емкостей, сопротивлений, угла потерь, индуктивности и добротности.
Преимущества приборов сравнения:
- Высокая точность результатов измерений
- Высокая чувствительность
- Возможность измерения как электрических, так и неэлектрических величин
Измерительные мосты
Конструктивно измерительные мосты выполняют либо переносными, либо лабораторными установками. Мосты могут быть со встроенным или внешним нулевым индикатором, со встроенным или внешним источником питания.
По способу уравновешивания могут быть: с ручным уравновешиванием, полуавтоматические и автоматические.
Измерительные мосты переменного тока уступают измерительным мостам постоянного тока (по точности).
Измерительные мосты постоянного тока
Диагональ а-в – генераторная диагональ, в нее включают источник пост. напр-я. Диагональ б-г – измерительная диагональ, в нее включают нулевой индикатор, в качестве нулевого индикатора используют гальванометр, милливольтметр или миллиамперметр.
Измерительный мост может работать в двух режимах:
1) уравновешенный (балансный). В измерительную диагональ включают гальванометр с условной шкалой.
2) неуравновешенный (небалансный). В измерительную диагональ включают миллиамперметр или милливольтметр.
Измерительный мост считается уравновешенным, если в его измерительной диагонали отсутствует ток.
Если мост уравновешен, то:
Условие равновесия моста постоянного тока:
В зависимости от режима работы измерительные мосты бывают балансные и небалансные.
Измерительные мосты, в которых значение измеряемой физической величины находят из условия равновесия, называют балансными или уравновешенными. Мосты, в которых значение измеряемой физической величины определяют по показаниям прибора, включенного в измерительную диагональ, называют небалансными или неуравновешенными.
Важная характеристики – чувствительность:
Чувствительность мостовой схемы:
Чувствительность нулевого индикатора:
Чувствительность измерительного моста:
Балансные измерительные мосты применяют для измерения параметров электрических цепей. Небалансные измерительные мосты применяют для измерения неэлектрических величин.
При измерении малых сопротивлений значительные погрешности вносят сопротивления соединительных проводов и контактов. Для исключения влияния этих погрешностей применяют схему двойного моста или используют специальные калибровочные соединительные провода.
Измерительные мосты переменного тока
Равновесие возникает, когда в измерительной диагонали нет тока.
Условия равновесия измерительного моста переменного тока:
– модули сопротивлений плеч
- фазовые углы сдвига тока относительно напряжения в соответствующих плечах моста.
В качестве нулевого индикатора моста переменного тока используют вибрационные гальванометры, если мост в балансном режиме, либо электронные приборы с выпрямителем, если мост в небалансном режиме.
Диагональ а-в – генераторная диагональ, в нее включают источник перемен. напр-я. Диагональ б-г – измерительная диагональ, в нее включают нулевой индикатор.
Для уравновешивания измерительного моста переменного тока необходимо выполнить два условия, соответственно мостовая схема должна иметь не менее двух регулируемых параметров.
Свойство моста переменного тока, характеризующееся количеством поочередных регулирований, необходимых для достижения равновесия моста, называется сходимостью.
В зависимости от того входит частота напряжения питания в выражение условия равновесия измерительного моста или нет различают мосты частотнозависимые и частотнонезависимые.
Применение:
- для измерения емкости, тангенса угла потерь конденсаторов.
- для измерения параметров электрических цепей переменного тока, для измерения ряда неэлектрических величин и магнитных характеристик материалов.
Дата добавления: 2015-12-08; просмотров: 79 | Нарушение авторских прав