Скачать 2.36 Mb.
|
Конструкция и принцип действия. В основе самой простой конструкции (рис. 17) этого ИМ полая катушка с измеряемым током ^ (или с током, пропорциональным измеряемому напряжению U в случае вольтметра). ![]() Рис. 17. Устройство электромагнитного механизма: ^ – катушка с измеряемым током; 2 – ось; 3 – спиральная пружина; 4 – сердечник из магнитомягкого материала; 5 – стрелка; 6 – шкала Протекающий по катушке 1 ток создает магнитный поток, который притягивает (втягивает внутрь катушки) сердечник 4, выполненный из магнитомягкого материала и закрепленный на оси 2. При этом возникает вращающий момент М, равный производной энергии этой электромеханической системы по углу поворота α: М= ![]() где I – действующее значение тока в катушке; L – индуктивность катушки; α – угол поворота сердечника. Спиральная пружина ^ служит для создания противодействующего момента МПР: МПР = αΩ, где Ω – удельный противодействующий момент. Моменты М и МПР направлены навстречу друг другу. С ростом угла поворота α противодействующий момент МПР пропорционально растет. Это происходит до тех пор пока моменты не станут равными. При М= МПР ![]() Следовательно, угол поворота ![]() Отсчетное устройство – стрелка 5 и шкала 6 – преобразует угол поворота сердечника в показания (отсчет). Из последнего уравнения следует, что ЭМ приборы могут работать как в цепях постоянного, так и переменного тока; а также, что шкала у ЭМ приборов – нелинейная (квадратичная). Существуют и другие конструкции ЭМ измерительных механизмов, в частности с замкнутым магнитопроводом, которая обеспечивает лучшую защищенность от внешних магнитных полей. ^ В основе конструкции амперметров ЭМ системы лежит катушка, состоящая из нескольких секций (рис.18, а), переключением которых можно изменять пределы измерения токов: I1 > I2 > I3. ![]() а б в Рис. 18. Схемы амперметров и вольтметров электромагнитной системы В простейшей схеме вольтметра последовательно с катушкой включается добавочный резистор RV (рис.18, б). В такой схеме с ростом частоты напряжения ω линейно растет индуктивное сопротивление XL катушки измерительного механизма: XL =jωL. При этом растет суммарное сопротивление цепи, ток в катушке падает, что приводит к уменьшению показаний прибора. Для поддержания полного комплексного сопротивления примерно постоянным в достаточно широком диапазоне частот в схему вольтметра (рис.18, в) вводится цепь частотной коррекции (конденсатор Ск и резистор Rк), сопротивление которой с ростом частоты падает, компенсируя возрастание сопротивления катушки. С помощью добавочных резисторов RДl и RД2 обеспечивается возможность работы в нескольких диапазонах измерения напряжения. ^ Приборы электромагнитной системы могут быть использованы для измерения и постоянных, и переменных напряжений и токов. При этом они реагируют на истинное среднее квадратическое (действующее) значение переменного сигнала независимо от его формы (правда, в пределах своего сравнительно неширокого частотного диапазона). Кроме того, важным преимуществом является то, что приборы этой системы выдерживают значительные перегрузки (возможны двух- и трехкратные перегрузки), имеют сравнительно простую конструкцию и, следовательно, надежны и дешевы. Достаточно сказать, что ЭМ приборы – это самые распространенные щитовые приборы. Недостатки приборов ЭМ системы следующие:
О ![]() 2.2.5. Приборы электродинамической системы Конструкция и принцип действия. На рис. 19 приведена упрощенная конструкция электродинамического (ЭД) измерительного механизма. Неподвижная катушка 1 с током I1 разделена на две части; подвижная катушка 2 с током I2 закреплена на оси 3 внутри неподвижной катушки. Спиральная пружина 4 служит для создания противодействующего момента. Принцип действия основан на взаимодействии магнитных потоков двух катушек с токами I1 и I2. Протекающие по катушкам токи создают магнитные потоки, которые стремятся принять одно направление, при этом подвижная катушка поворачивается внутри неподвижной. Вращающий момент М для постоянных токов: М= ![]() где L-1-2 – взаимная индуктивность катушек; α – угол поворота подвижной части. ![]() Рис. 19. Конструкция электродинамического измерительного механизма: ^ – неподвижная катушка; 2 – подвижная катушка; 3 – ось; 4 – спиральная пружина; 5 – стрелка; 6 – шкала Электродинамические приборы могут быть использованы в цепях как постоянного, так и переменного тока. Во втором случае при синусоидальных токах вращающий момент определяется по формуле М= ![]() где I1, I2 – действующие значения переменных токов в катушках; φ – угол сдвига фаз между токами в катушках. На базе ЭД механизма выпускаются амперметры, вольтметры, ваттметры, фазометры. ^ Схема с последовательным соединением катушек, приведенная на рис. 20, а, применяется в миллиамперметрах. ![]() а б Рис. 20. Схема амперметра электродинамической системы: а – с последовательным соединением катушек; б – с параллельным Схема рис. (20, б) с параллельным соединением катушек используется в амперметрах на токи более 0,5 А.В схеме вольтметра использовано последовательное соединение катушек (рис.21). ![]() Рис. 21. Схема вольтметра электродинамической системы Резистор RV служит для повышения входного сопротивления прибора. Добавочные резисторы RД1 и RД2 обеспечивают возможность работы в нескольких диапазонах (значения номинальных входных напряжений UV3 > UV2 > UV1). Здесь, как и в вольтметрах электромагнитной системы, индуктивное сопротивление катушек растет с ростом частоты измеряемого сигнала. Поэтому для поддержания полного комплексного сопротивления примерно постоянным в некотором диапазоне частот, как и в случае с ЭМ приборами, применяется частотная коррекция (конденсатор Ск и резистор Rк). Ваттметры. На базе ЭД механизма выпускаются различные типы приборов, но основное применение этот принцип нашел в ваттметрах. Произведение двух токов в выражении вращающего момента является основой для построения ваттметров на основе ЭД механизмов. Если в одной катушке ток равен току, текущему в нагрузку, а во второй катушке ток пропорционален напряжению на нагрузке, то показания прибора будут пропорциональны активной мощности. Схема включения ваттметра приведена на рис. 22. Рис. 22. Схема ваттметра электродинамической системы Цепь катушки напряжения содержит элементы частотной коррекции (конденсатор Ск и резистор Rк). Особенности ЭД приборов. К достоинствам ЭД приборов относятся следующие: высокая точность (до 0,1 %); возможность работы как на постоянном, так и на переменном токе; амперметры и вольтметры этой системы реагируют на действующее значение переменного тока или напряжения. Недостатками являются:
О ![]() Обозначение ЭД системы с магнитным экранированием механизма: ![]() Существует разновидность конструкции, в которой магнитные потоки катушек замыкаются не по воздуху, как в классическом варианте, а по вспомогательным магнитопроводам. Это так называемая ферродинамическая (ФД) система. Благодаря заметному уменьшению магнитного сопротивления значительно возрастает вращающий момент механизма, поэтому может быть снижена мощность собственного потребления прибора и (или) повышена его чувствительность. Кроме того, наличие магнитопроводов ослабляет влияние внешних магнитных полей и поэтому не требуется экранирование механизма. Правда, точность ФД приборов ниже, а диапазон частот несколько уже, чем у ЭД. О ![]() Главное применение ЭД и ФД приборов – работа в электричес-ких цепях переменного тока промышленной частоты (50 Гц). ^ Электростатические (ЭС) вольтметры применяются в основном для измерения напряжений в высоковольтных цепях как постоянного, так и переменного тока. Конструкция и принцип действия. Принцип действия устройства электростатического механизма основан на взаимодействии заряженных электродов. В основе конструкции этого ИМ (рис. 23) два электрода (алюминиевые пластины, между которыми воздушный зазор), образующих переменную емкость. Измеряемое напряжение U подается на неподвижную пластину 1, образующую своеобразную камеру, и подвижную 2, закрепленную на оси 3. Спиральная пружина 4 служит для создания противодействующего момента Мпр. Стрелка 5 и шкала 6 образуют отсчетное устройство. Подведенное к пластинам напряжение U создает между пластинами электрическое поле. Под действием электростатических сил притяжения подвижная пластина втягивается в камеру неподвижной пластины, поворачивая при этом ось со стрелкой. Чем выше приложенное (измеряемое) напряжение U, тем глубже входит подвижная пластина внутрь неподвижной (увеличивается площадь перекрытия пластин) и тем больше угол поворота. Геометрия подвижной пластины выбирается такой, чтобы повысить линейность (равномерность) шкалы прибора. Вращающий момент ^ равен производной энергии этой электромеханической системы по углу поворота α : М = ![]() где U – напряжение на пластинах; С – емкость между пластинами; α – угол поворота оси сердечника. ![]() Рис. 23. Устройство электростатического механизма: ^ – неподвижная пластина; 2 – подвижная пластина; 3 – ось; 4 – спиральная пружина; 5 – стрелка; 6 – шкала Противодействующий момент определяется по формуле Мпр = αΩ, где Ω – удельный противодействующий момент. Моменты М и Мпр направлены навстречу друг другу. С ростом угла поворота α противодействующий момент Мпр пропорционально растет. Это происходит до тех пор, пока моменты не станут равными. При М = Мпр ![]() Следовательно, уравнение шкалы ЭС вольтметра имеет вид ![]() Из последнего уравнения следует, во-первых, что ЭС приборы могут измерять напряжение в цепях и постоянного, и переменного тока, а во-вторых, что шкала у ЭС вольтметров – нелинейная (квадратичная). ^ ЭС вольтметров можно выполнять несколькими способами. На постоянном токе это делается с помощью резистивного делителя напряжения (рис. 24, а). На переменном токе используют емкостной делитель напряжения (рис. 24, б) или, в крайнем случае, добавочный конденсатор (рис. 24, в), который совместно с емкостью самого ЭС механизма также создает делитель напряжения. ![]() а б в Рис. 24. Способы расширения диапазонов измерения ЭС вольтметра с помощью: а – резистивного делителя; б – емкостного делителя; в – добавочногоконденсатора Особенности ЭС вольтметров. К достоинствам ЭС вольтметров можно отнести следующие:
Недостатки ЭС вольтметров:
Основное применение ЭС вольтметров – измерения в высоковольтных цепях, в маломощных цепях, а также в цепях с высокочастотными сигналами. О ![]() |
![]() | Республики Беларусь Учреждение образования «Гродненский государственный... С. Е. Витун, заведующий кафедрой финансов и кредита уо «Гродненский государственный университет имени Янки Купалы», кандидат экономических... | ![]() | Республики Беларусь Учреждение образования «Белорусский государственный... Учреждение образования «Белорусский государственный педагогический университет имени Максима Танка» |
![]() | Учреждение образования «Гродненский государственный медицинский университет» Кафедра биохимии Рекомендовано Центральным научно-методическим советом уо “Гргму” (протокол № от 10. 06. 20010 г.) | ![]() | Министерство образования и науки РФ федеральное государственное бюджетное... «Московский государственный университет технологий и управления имени К. Г. Разумовского» |
![]() | Конкурс «Лучший инновационный проект студентов и аспирантов» проводится... «Чувашский государственный университет имени И. Н. Ульянова» в рамках всероссийского фестиваля науки, организуемого Министерством... | ![]() | Учреждение образования «гомельский государственный медицинский университет»... Т. М. Шаршакова, Н. П. Петрова, В. М. Дорофеев. ― Гомель: Учреждение образования «Гомельский государственный медицинский университет»,... |
![]() | Учреждение образования «гомельский государственный медицинский университет»... Т. М. Шаршакова, Н. П. Петрова, В. М. Дорофеев. ― Гомель: Учреждение образования «Гомельский государственный медицинский университет»,... | ![]() | Учреждение образования «гомельский государственный технический университет... Список использованных источников |
![]() | Государственное образвательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С. П. Королева” | ![]() | Кафедра акушерства и гинекологии Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «тамбовский государственный университет имени г.... |