Системы электроизмерительных приборов

Электроизмерительные приборы разделяют на приборы:

а) непосредственной оценки;

б) сравнения – определяющие значение величины путем сравнения ее с заранее известной величиной.

По характеру измерения: стационарные и переносные.

Приборы непосредственной оценки преобразуют измеряемую электрическую величину в показания прибора, то есть используют энергию измеряемого параметра для отображения, например, для перемещения стрелки вдоль шкалы. При измерении электрических величин в этих приборах используются различные принципы, в зависимости от которых тот или иной прибор относят к соответствующей системе. Условное обозначение системы можно найти на шкале прибора. Выделяют четыре системы:

- магнитоэлектрическая система - на шкалах приборов этой системы изображен символ, показанный на рисунке 2.44,а.

- электромагнитная система – символ показан на рисунке 2.44,б;

- электродинамическая (рисунок 2.44,в);

- индукционная.

Принципы действия приборов каждой из систем будут рассмотрены далее.

На шкалах электроизмерительных приборов можно найти также другие обозначения (см. таблицу 2.2).

Таблица 2.2 – Обозначения на шкалах электроизмерительных приборов

Символ	Значение
	Обозначения рода измеряемого тока
	постоянный ток
	постоянный и переменный ток
	переменный ток
	трехфазный ток
	Единицы измерения электрической величины
А, mА, mА	сила тока: Амперы, миллиамперы, микроамперы
V, mV	напряжение: Вольты, милливольты
W, kW	электрическая активная мощность: Ватты (Вт), килоВатты (кВт)
kWh	электроэнергия: килоВатт-часы (кВт*час)
j	сдвиг фаз
Hz	частота тока: Герцы (Гц)
W, МW	электрическое сопротивление: Омы, мегаОмы
	Рабочее положение прибора
Ð60°	расположение под указанным углом
^	вертикальное расположение
	горизонтальное расположение
	Прочие символы
	класс точности
	измерительная цепь изолирована от корпуса и испытана напряжением 2000 В

24. Приборы непосредственной оценки. Приборы магнитоэлектрической системы. Приборы электромагнитной системы.

2.9.1.2 Приборы магнитоэлектрической системы

В конструкции приборов магнитоэлектрической системы можно выделить магнитную и подвижную системы (см. рисунок 2.45). Первая состоит из подковообразного магнита 1, полюсных наконечников 2 и цилиндрического сердечника 3. Кольцевой зазор между сердечником и полюсными наконечниками характеризуется наличием практически равномерного электромагнитного поля.

В этом зазоре соосно с сердечником размещается рамка 4, которая монтируется на кернах, опирающихся на подпятники, либо на натянутых нитях. Момент сил, противодействующий вращению рамки, создается специальными пружинами.

Взаимодействие тока, протекающего по рамке, с полем постоянного магнита 2 вызывает появление вращающего момента, который, будучи уравновешен противодействующим моментом пружин, поворачивает рамку на определенный угол. Вращающий момент, действующий на рамку, равен

М_вр = w*B*L*I*d = C₁*I,

где w – число витков рамки, В – индукция поля постоянного магнита, L и d – ширина и длина рамки, С₁ = w*B*L*d – коэффициент. Так как параметры w, B, L и d неизменны для прибора, то коэффициент С₁ является постоянным. То есть вращающий момент пропорционален величине тока и его изменения зависят только от изменения тока.

Пружины создают противодействующий момент

М_пр = С₂*a,

где С₂ – коэффициент, зависящий от жесткости пружины, a - угол поворота.

Так как

М_вр = М_пр,

то отсюда

С₁*I = C₂*a

или

a = (С₁ / С₂)*I.

Таким образом, угол поворота рамки пропорционален величине протекающего по рамке тока. Угол поворота рамки показывается прикрепленной к ней стрелкой.

Данный принцип измерения лежит в основе работы амперметров и вольтметров. Соответственно, шкалы этих приборов проградуированы в единицах силы тока и напряжения.

Достоинства приборов данной системы:

- точность показаний,

- малая чувствительность к посторонним электромагнитным полям,

- незначительное потребление мощности,

- равномерность шкалы.

Недостаток: принцип не предназначен для измерения переменного тока. Для использования прибора в цепях переменного тока необходимы преобразователи.

2.9.1.3 Приборы электромагнитной системы

Принцип действия основан на втягивании стального сердечника 2 (см. рисунок 2.46) в неподвижную рамку с током 1. На рисунке 2.46,а показан разрез рамки, на рисунке 2.46,б – вид сбоку. Рамка может иметь квадратную, круглую или, как в данном случае, овальную форму.

Сердечник вращается на оси, к которой прикреплена стрелка, показывающая на шкале угол поворота. Сердечни уравновешен пружиной (на рисунке не показана).

При протекании тока I через рамку возникает магнитное поле, втягивающее сердечник в внутрь рамки. Полностью втянуться ему не дает пружина. Вращающий момент, действующий на сердечник:

М_вр = С₁*I²,

где С – постоянный коэффициент.

Противодействующий момент пружины

М_пр = С₂*a.

Тогда, учитывая, что в уравновешенном состоянии прибора М_вр = М_пр, можно получить:

a = (С₂ / С₁)*I²,

то есть, угол поворота сердечника и стрелки пропорционален квадрату величины тока.

Достоинства приборов данной системы:

- пригодность для измерения как постоянного, так и переменного токов;

- простота конструкции (по сравнению, например, с приборами магнитоэлектрической системы они имеют меньше элементов);

- надежность (как следствие простоты конструкции).

Недостатки:

- малая чувствительность,

- значительное потребление мощности из измеряемой цепи,

- влияние температуры, посторонних электромагнитных полей и др. на точность показаний,

- неравномерность шкалы (из-за того, что a зависит от квадрата тока, расстояния между делениями шкалы будут неравномерны).

25. Приборы непосредственной оценки. Приборы электродинамической системы. Приборы индукционной системы.

2.9.1.4 Приборы электродинамической системы

Конструкция прибора состоит из двух обмоток:

- неподвижной (обмотка 1 на рисунке 2.47), по которой протекает ток I₁; она может быть конструктивно выполнена в виде двух обмоток, как изображено на рисунке;

- подвижной (обмотка 2), вращающейся внутри неподвижной; по ней протекает ток I₂.

При протекании токов I₁ и I₂ по обмоткам в них возникают электромагнитные поля, взаимодействие которых приводит к появлению вращающего момента, действующего на подвижную обмотку

М_вр = С₁*I₁*I₂,

где С₁ – коэффициент, зависящий от конструктивных параметров обмоток (числа витков, длины, ширины и т.д.).

Вращающему моменты противодействует спиральная пружина. Угол поворота подвижной обмотки показывается стрелкой.

Данные приборы используются для измерения напряжений, токов, мощностей.

Достоинства:

- высокая точность,

- применимость в цепях переменного тока,

- возможность перемножать измеряемые величины, т.е. измерять мощность.

Недостатки:

- значительное потребление мощности из измеряемой цепи,

- сложность конструкции,

- нелинейность шкалы,

- влияние температуры и посторонних электромагнитных полей на точность.

Разновидностью электродинамических приборов являются ферродинамические приборы. В них неподвижные катушки заключены в сердечники из ферромагнитного материала. Такая конструкция обеспечивает значительное увеличение вращающего момента и хорошую защиту от внешних магнитных полей. Однако это приводит к увеличению погрешности прибора.

Дата добавления: 2015-10-02