Измерение переменных токов и напряжений электромеханическими приборами.

Электромеханические амперметры и вольтметры применяются для измерения действующих значений периодических токов и напряжений. Для их создания используются электромагнитные, электродинамические и ферродинамические, а также электростатические (только для вольтметров) измерительные механизмы. Кроме того, к электромеханическим амперметрам и вольтметрам относят также приборы на основе магнитоэлектрического измерительного механизма с преобразователями переменного тока или напряжения в постоянный ток (выпрямительные и термоэлектрические приборы).

Измерительные цепи электромагнитных, электродинамических и ферродинамических амперметров и вольтметров переменного тока практически не отличаются от цепей аналогичных приборов постоянного тока. Все эти приборы могут быть использованы для измерений как постоянных, так и переменных токов и напряжений.

Мгновенное значение вращающего момента в этих приборах определяется квадратом мгновенного значения тока в обмотках катушек, а положение указателя зависит от среднего значения вращающего момента. Поэтому прибор измеряет действующее (среднеквадратическое) значение измеряемого периодического тока или напряжения независимо от формы кривой. Наиболее распространенные амперметры и вольтметры с классами точности 0,2. 0,5, 1,0, 1,5 позволяют измерять переменные токи от 10^-4 до 10² А и напряжения от 0,1 до 600 В в частотном диапазоне от 45 Гц до 5 кГц.

Электростатические вольтметры также могут быть использованы для измерения и постоянных, и действующих значений переменных напряжений независимо от формы кривой, так как мгновенное значение вращающего момента в этих приборах определяется квадратом мгновенного значения измеряемого напряжения. Наиболее распространенные вольтметры с классами точности 0,5, 1,0, 1,5 позволяют измерять переменные напряжения от 1 до 10⁵ В в частотном диапазоне от 20 Гц до 10 МГц.

Магнитоэлектрическими амперметрами и вольтметрами, предназначенными для работы в цепях постоянного тока, нельзя измерять действующие значения переменных токов и напряжений. Действительно, мгновенное значение вращающего момента в этих приборах пропорционально мгновенному значению тока в катушке. При синусоидальном токе среднее значение вращающего момента и, соответственно, показание прибора равно нулю. Если ток в катушке имеет постоянную составляющую, то показание прибора пропорционально среднему значению тока в катушке.

Для создания амперметров и вольтметров переменного тока на базе магнитоэлектрического измерительного механизма используют преобразователи переменного тока в постоянный на основе полупроводниковых диодов или термопреобразователей. На рис. 5.2 приведена одна из возможных схем амперметра выпрямительной системы, а на рис. 5.3 – термоэлектрической.

		Рис.5.3.

В амперметре выпрямительной системы измеряемый ток i(t) выпрямляется и проходит через обмотку катушки магнитоэлектрического измерительного механизма ИМ. Показание прибора пропорционально среднему по модулю за период T значению тока:

. (5.2)

Значение I _ср пропорционально действующему значению тока, однако коэффициент пропорциональности зависит от вида функции i(t). Все приборы выпрямительной системы градуируются в действующих значениях токов (или напряжений) синусоидальной формы и не предназначены для измерений в цепях с токами произвольной формы.

В амперметре термоэлектрической системы измеряемый ток i(t) проходит через нагреватель термопреобразователя ТП. При его нагреве на свободных концах термопары возникает термо-ЭДС, вызывающая постоянный ток через обмотку катушки магнитоэлектрического измерительного механизма ИМ. Значение этого тока нелинейно зависит от действующего значения I измеряемого тока i(t) и мало зависит от его формы и спектра.

Схемы вольтметров выпрямительной и термоэлектрической систем отличаются от схем амперметров наличием добавочного сопротивления, включенного последовательно в цепь измеряемого тока i(t) и выполняющего функцию преобразователя измеряемого напряжения в ток.

Наиболее распространенные амперметры и вольтметры выпрямительной системы с классами точности 1,0 и 1,5 позволяют измерять переменные токи от 10^-3 до 10 А и напряжения от 1 до 600 В в частотном диапазоне от 45 Гц до 10 кГц.

Наиболее распространенные амперметры и вольтметры термоэлектрической системы с классами точности 1,0 и 1,5 позволяют измерять переменные токи от 10^-4 до 10² А и напряжения от 0,1 до 600 В в частотном диапазоне от 1 Гц до 50 МГц.

Обычно приборы выпрямительной и термоэлектрической систем делают многопредельными и комбинированными, что позволяет использовать их для измерения как переменных, так и постоянных токов и напряжений.

Дата добавления: 2015-08-02