Электроизмерительные приборы

КР 270100.ХХ.000 ПЗ

Тарасевич С

ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ  ПРИБОРЫ

Цель  работы:

1. Изучить устройство, принцип действия, область применения электроизмерительных приборов.

2. Изучить способы включения основных электроизмерительных приборов в электрическую цепь.

3. Усвоить понятия точности, погрешности, вида погрешностей измерительного прибора.

4. Научиться снимать показания измерительного прибора и понимать обозначения технических данных, указанных на приборе

Необходимые приборы и оборудование:  

1 Стенд с измерительными  приборами различных систем.

2 Данные методические  указания, плакаты. 

Краткое описание приборов: 

   Электроизмерительным  прибором называют средство измерений, которое предназначено для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем.

   В настоящее  время измерения электрических  величин производят приборами различных систем, основными из которых являются: магнитоэлектрическая, электромагнитная, электродинамическая и ферродинамическая. 

ПРИБОРЫ МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ 

Действие приборов магнитоэлектрической системы основано на взаимодействии магнитного потока постоянного магнита и измеряемого тока, проходящего по обмотке подвижной катушки, помещенной в этом магнитном поле (рисунок 1).Угловое отклонение стрелки пропорционально измеряемому току, то есть α=SI, где S - чувствительность прибора. 

Рисунок 1 - устройство прибора магнитоэлектрической системы. 

   Основные  части прибора: 1 - полюса магнита, 2 - постоянный магнит, 3 - ферромагнитный сердечник цилиндрической формы, 4 - катушка. 

   Достоинства приборов магнитоэлектрической системы: высокая чувствительность, большая точность, относительно небольшое влияние внешних магнитных полей, малое потребление энергии, малое влияние температуры, равномерность шкалы.

   Электроизмерительные  приборы магнитоэлектрической системы предназначаются для измерения силы тока и напряжения в цепях постоянного тока в качестве амперметров и вольтметров. 

ПРИБОРЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СИСТЕМЫ 

   Действие  приборов электромагнитной системы  основано на взаимодействии магнитного поля тока неподвижной катушки и сердечника из ферромагнитного материала, выполненного в форме пластины. Созданное измеряемым током магнитное поле катушки намагничивает сердечник и втягивает его в катушку, поворачивая при этом стрелку, укрепленную на одной оси с сердечником (рисунок 2).

   Угол  поворота α стрелки прибор определяется по формуле α = kI²dL/dα,

где I - ток протекающий по катушке, L - индуктивность катушки, k - постоянный коэффициент. 

Рисунок 2 - устройство электроприбора электромагнитной системы. 

   Основные  части прибора: 1 - неподвижная катушка, 2 - сердечник из ферромагнитного материала, 3 - спиральная пружина, 4 – воздушный успокоитель. 

   Достоинства приборов электромагнитной системы: пригодность для работы в цепях постоянного и переменного токов, простота и надежность конструкции, дешевизна, устойчивость к перегрузкам.

   Недостатки: чувствительность к внешним магнитным  полям, сравнительно большая потребляемая мощность, относительно низкие чувствительность и точность.

   Область применения: в качестве амперметров  и вольтметров для технических измерений.

   В лабораторных приборах высокого класса точности для уменьшения влияния внешних магнитных полей применяют экранирование. 

ПРИБОРЫ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕОКОЙ И

ФЕРРОДИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМ

Действие приборов электродинамической и ферродинамической систем основано на взаимодействии магнитных полей двух катушек, по которым проходят токи.

   Различие  приборов электродинамической и  ферродинамической систем заключается в отсутствии и наличии соответственно ферромагнитных сердечников у катушек. 

Рисунок 3 - устройство электроприбора электродинамической системы. 

   Основные  части прибора: 1 - катушка, 2 - неподвижная катушка, 3 - ось. 

   Угол  поворота α подвижной катушки и связанной с ней стрелки пропорционален произведению токов подвижной I₂ и неподвижной I₁ катушек, т.е. α = kI₁I₂,

где k - постоянный коэффициент.

   Приборы этих систем могут работать как в  цепях постоянного тока, так и переменного; при этом угол α будет дополнительно пропорционален косинусу угла φ сдвига фаз токов катушек, т.е. α=kI₁I₂cosφ

   Достоинства электроприборов электродинамической системы: относительно высокая точность и пригодность для измерений в цепях постоянного и переменного токов.

   Недостатки: повышенная потребляемая мощность (повышенные токи в катушках), необходимая для создания достаточных магнитных потоков и, следовательно, вращающего момента; повышенная чувствительность к внешним магнитным полям, что требует применения защитных экранов; низкая перегрузочная способность и, как следствие, относительно высокая стоимость.

   В приборах ферродинамической системы магнитные  потоки действуют, в основном, в магнитопроводе, выполненном из магнитомягкого ферромагнитного материала, благодаря чему они слабо подвержены воздействию внешних магнитных полей. Это достоинство; однако, применение магнитопроводов существенно снижает точность приборов вследствие влияния гистерезиса и вихревых токов; наиболее высокий класс точности у них - 0,5.

   Приборы электродинамической и ферродинамической  систем используются в качестве измерителей силы тока - амперметров, напряжения - вольтметров, мощности - ваттметров и сдвига фазометров. 

ВКЛЮЧЕНИЕ ПРИБОРОВ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТОКА,

НАПРЯЖЕНИЯ, МОЩНОСТИ

Для измерения  тока в цепь последовательно с  объектом, ток в котором подлежит измерению, включают амперметр (рисунок 4). Во избежание изменения режима работы цепи амперметр (его измерительная цепь) должен иметь возможно малое внутреннее сопротивление rА.

   Включение электродинамического амперметра, который  имеет две катушки, соединенные при измерении тока параллельно, показано на рисунке 6

   Для измерения напряжения на каком-либо участке цепи вольтметр включают параллельно этому участку (рисунок 5). Во избежание изменения режима работы цепи вольтметр должен иметь

большое внутреннее сопротивление rv по сравнению с сопротивлением цепи.

   В цепях  постоянного тока для измерения  напряжений применяют магнитоэлектрические вольтметры. В цепях переменного тока - преимущественно электромагнитные вольтметры, а для более точных измерений - электродинамические.

   Включение электродинамического вольтметра, катушки  которого в этом случае имеют большое число витков и снабжаются добавочным сопротивлением, показано на рисунке 6.

   Для измерения малых переменных напряжений используют выпрямительные и электро -магнитные вольтметры, а при повышенных частотах - электронные вольтметры.

                                         Рисунок 6                                         Рисунок 7 

   Для измерения мощности (в цепях переменного  тока – активной мощности) в цепь включают ваттметр, при этом одна его катушка (неподвижная, с малым сопротивлением) включается последовательно, другая (подвижная, с большим сопротивлением), при необходимости, с добавочным резистором – параллельно нагрузке, потребляемую мощность которой необходимо измерить (рисунок 6). В цепях постоянного тока, а также в цепях переменного тока, содержащих только активные элементы, мощность (в цепях переменного тока – активную мощность) можно измерить косвенно с помощью амперметра и вольтметра, измеряющих одновременно ток и напряжение в одной и той же нагрузке. На схеме (рисунок 7) показано включение в цепь амперметра, вольтметра и ваттметра с использованием их условных обозначений.