Главная Об электрических измерениях. Достоинства и недостатки



Уравнение преобразования измерительного механизма электромеханического прибора. Положение подвижной части прибора относительно неподвижней в установившемся режиме можно определить из условия равенства вращающего и противодействующего моментов, действующих на подвижную часть:

вр = пр- (2.1)

Согласно законам механики выражение для вращающего момента имеет вид

МйЩйа, (2.2)

где а - угол поворота подвижной части; - электрокинетическая энергия, т.е. запас энергии электромагнитного поля в измерительном механизме.

Значение вращающего момента зависит как от измеряемой величины X, так и от параметров измерительного механизма Л, т.е.

Жр = {Х, Л). (2.3)

Противодействующий момент, создаваемый упругим элементом, описывается выражением

Мпр = « (2-4)

где IV - удельный противодействующий момент, характеризующий упругость упругого элемента.

Таким образом, при равновесии имеет место равенство

p{X, Л) = PVa, (2.5)

а = Мр/И/ = {Х, \)IW. (2.6)

Уравнение (2.6) называется уравнением преобразования механизма прибора, оно связывает показания прибора со значением измеряемой величинь}; и характеризует свойства измерительного прибора в целом. Здесь и далее для простоты не проводится различия между углом а и показанием прибора, хотя в действительности отсчетное устройство прообразует угол а в пропорциональное ему линейное перемещение.

2.2. МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ

Принцип действия. В приборах магнитоэлектрической системы используется взаимодействие поля постоянного магнита с катушкой (рамкой), по которой протекает ток. Конструктивно измерительный механизм может быть выполнен либо с подвижным магнитом, либо с подвижной катушкой. На рис. 2.2 показана конструкция прибора с



подвижной катушкой. Постоянный магнит 1, магнигопровод с полюсными наконечниками 2 и неподвижный сердечник 3 составляют магнитную систему механизма. В зазоре между полюсными наконечниками и сердечником создается сильное равномерное радиальное магнитное поле, в котором находится подвижная прямоугольная катушка (рамка) 4, намотанная медным или алюминиевым проводом на алюминиевом каркасе (или же без каркаса). Катушка закреплена между полуосями 5 и 6. Спиральные пружины 7 п 8 предназначены для создания противодействующего момента. Одновременно они используются для подачи измеряемого тока от выходных зажимов в рамку. Рамка жестко соединена со стрелкой 9. Для балансировки подвижной части имеются передвижные Ерузики на усиках 10.

Уравнение преобразования можно получить, если подставить в формулу (2.6) выражение для вращающего момента Мр, действующего на подвижную часть магнитоэлектрического механизма. определяется изменением энергии магнитного поля системы, состоящей из постоянного магнита и рамки с током /, при вращении подвижной части:


причем

Ш 1 = BwSal,

(2.7)

где Ф - потокосцепление магнитного поля постоянного магнита с рамкой, по которой течет ток I; В - магнитная индукция в воздушном зазоре; w - число витков рамки; 5 - ее площадь; угол поворота рамки а отсчитывается от плоскости, проходящей через центральные образующие наконечников постоянного магнита. Поскольку радиальное поле не зависит от угла а, имеем

вр = i.dlda)! = BwSI. Из (2.6) и (2.8) следует а = (BwS/W)I = Sjl.

(2.8)

(2.9)

Согласно (2.9) угол отклонения подвижной части пропорционален току, протекающему по рамке. Коэффициент пропорциональности



Sj=BwS/W (2.10)

называется чувствительностью магнитоэлектрического механизма к

току. „ „ „

Чувствительность Sj является постоянной величиной, зависящей

только от конструктивных параметров механизма, а не от значения измеряемого тока /, поэтому шкала магнитоэлектрического прибора равномерна. Изменение направления тока ведет к изменению направления угла отклонения рамки.

Из группы аналоговых приборов магнитоэлектрические приборы относятся к числу наиболее чувствительных и точных. Изменения температуры окружающей среды и внешние магнитные поля мало влияют на их работу. Равномерный характер шкалы и малое потребление энергии также являются достоинствами этих приборов. Вследствие инерционности магнитоэлектрические приборы реагируют только на постоянную составляющую тока. Для измерений в цепях переменного тока требуется предварительное преобразование переменного тока в постоянный.

Амперметры. Магнитоэлектрический механизм, включенный непосредственно в измерительную цепь, позволяет измерять малые постоянные токи, не превышающие 20-50 мА. Превышение указанных значений может повести к повреждениям провода рамки и спиральной пружины. Таким образом, сам магнитоэлектрический механизм может выступать только в роли микроамперметра или миллиамперметра. Для того чтобы измерять большие токи, используют измерительные цепи, включающие в себя шунты, представляющие собой манганиновые резисторы, сопротивление которых мало зависит от температуры. Обычно оно во много раз меньше сопротивления рамки магнитоэлектрического измерительного механизма. Поэтому при включении шунта параллельно прибору (рис. 2.3) основная часть измеряемого тока / проходит через шунт, а ток 1, проходящий через рамку измерительного механизма, не превышает допустимого значения. Отношение /jj = п, показывающее, во сколько раз измеряемый ток превышает допустимое значение, называется коэффициентом шунтирования. Сопротивление шунта, которое необходимо выбрать для получения требуемого коэффициента шунтирования, нетрудно определить: щщ = "ииш= I-I,oTKymcnepyenR =RJ{n- 1).

Амперметры для измерения сравнительно небольших токов (до нескольких десятков ампер) имеют внутренние шунты, вмонтированные в корпус прибора. Измерение больших токов (до нескольких тысяч ампер) осуществляют при помощи наружных шунтов, которые имеют определенные номинальные падения напряжения (45, 60, 75, 100 и 300 мВ) и классы точности (0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5).

Вольтметры. Схема вольтметра магнитоэлектрической системы приведена на рис. 2.4. Добавочный резистор ig, включенный последова-



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 [10] 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114


0.0117