Средства электрических измерений

Вопрос №1 Опишите устройство и работу измерительного механизма электродинамической системы, выражение величины угла отклонения подвижной части, достоинства и недостатки, область применения приборов электродинамической системы.

В измерительных механизмах электродинамической системы перемещение подвижной части происходит вследствие электродинамического взаимодействия между токами , проходящ

ими по неподвижной и подвижной катушкам.

Рис. 1

Измерительный механизм (Рис.1) этой системы состоит из неподвижной (1) и подвижной (2) катушек. На оси, кроме катушки, крепятся указательная стрелка, крыло воздушного успокоителя и концы двух спиральных пружин для подвода тока к катушке.

В магнитном поле двух катушек с постоянными токами I1 и I2, как известно, запасается энергия:

,

где L1 и L2 – индуктивности катушек, М12 – их взаимная индуктивность.

Взаимодействие этих токов вызывает вращающий момент, стремящийся повернуть подвижную катушку в положение, при котором энергия магнитного поля катушек будет наибольшей.

Этот момент:

,

где dα – приращение угла, при котором энергия поля получает приращение dWM .

Так как индуктивности катушек L1 и L2 неизменны, то dL1 = dL2 = 0 и вращающий момент:

Отсюда следует, что вращающий момент зависит от токов I1 и I2 и от положения подвижной катушки относительно неподвижной. Зависимость скорости изменения взаимной индуктивности от угла поворота подвижной катушки dM12/dα = f(α) определяется формой катушек и их взаимным расположением.

Приняв в первом приближении отношение dM12/dα = k1 постоянным, получим выражение вращающего момента

M = k1I1I2,

вызывающего поворот подвижной части на угол, при котором он уравновесится моментом пружин, т.е.

M=Mпр или k1I1I2 = Dα,

откуда

.

Таким образом, вращающий момент и угол поворота подвижной части пропорциональны произведению токов в катушках.

Отсутствие стальных деталей в измерительном механизме, а следовательно, отсутствие погрешности от гистерезиса и вихревых токов делает возможным изготовлять механизмы этой системы, обеспечивающие высокую точность измерений. Слабое магнитное поле электродинамических механизмов обеспечивает получение только небольших вращающих моментов, что требует уменьшения трения в опорах и погрешности от трения. Последнее достигается возможным уменьшением массы подвижной части, тщательным подбором материалов для опор и осей и соответствующей их обработкой. Все это с одной стороны, повышает стоимость прибора, с другой, приводит к повышенной чувствительности механизма к перегрузкам и механическим воздействиям. Следовательно, эти механизмы требуют особого ухода и обслуживания.

Электродинамические измерительные механизмы применяются для измерения токов (амперметры), напряжения (вольтметры), мощности (ваттметры), а также для измерения энергии на постоянном токе (счетчики энергии постоянного тока).

Основными достоинствами электродинамических амперметров и вольтметров следует считать возможность измерения с высокой точностью как на постоянном так и на переменном токе; независимость показаний от формы кривой измеряемого тока или напряжения; высокую стабильность свойств.

Однако электродинамические приборы имеют низкую чувствительность (по сравнению с магнитоэлектрическими приборами), поскольку собственное магнитное поле не велико. Вследствие этого они обладают большим собственным потреблением мощности от объекта измерения, их характеризуют сильная подверженность внешних магнитных полей, а также малая перегрузочная способность по току.

Вопрос №2 Каково значение, конструктивное исполнение, схемы включения и формулы определения шунтов и добавочных резисторов.

Шунт применяется для расширения предела измерения тока измерительного механизма. Он представляет собой измерительный преобразователь, состоящий из резистора, включаемого в цепь измеряемого тока, параллельно которому присоединяется измерительный механизм.

Для устранения влияния сопротивлений контактных соединений шунты снабжаются токовыми и потенциальными зажимами.

Измеряемый ток цепи I и ток измерительного механизма IИ одной из параллельных ветвей связаны соотношением

или ,

где р=rИ/rШ+1=I/IИ- шунтирующий множитель, показывающий, во сколько раз измеряемый ток I больше тока IИ или во сколько раз расширяется предел измерения тока.

Таким образом, измеряемый ток находится умножением постоянной измерительного механизма по току СI , шунтирующего множителя р и угла поворота α подвижной части измерительного механизма.

Шунтирующий множитель является неизменным при постоянных значениях

rШ и rИ.

Из при веденного выражения шунтирующего множителя следует, что

rШ = rИ/(р – 1),

т.е. для расширения предела измерения в р раз необходим шунт с сопротивлением в (р – 1) раз меньшим сопротивления измерительного механизма.

Переносные приборы часто снабжаются много предельными шунтами. Такой шунт состоит из нескольких резисторов, переключаемых в зависимости от предела измерения штепселем, рычажным переключателем или переносом провода с одного зажима на другой.

На рисунках 1 – 3 изображены схемы шунтов.

Рис. 1

Рис. 2

Многопредельный шунт со штепсельным переключателем.

Рис. 3

Многопредельный шунт с отдельными выводами.

Многопредельный шунт с рычажным переключателем.

Шунты изготавливаются из манганина и других материалов и снабжаются двумя парами зажимов: токовыми для включения в цепь и потенциальными для присоединения измерительного механизма. Такое включение устраняет погрешности от контактных сопротивлений.

Добавочный резистор, представляет собой измерительный преобразователь, применяется для расширения предела измерения напряжения и для исключения влияния температуры на сопротивление вольтметра rV . Добавочный резистор изготовляется из манганина и включается последовательно с измерительным механизмом.

Рис. 4

Если предел измерения напряжения измерительного механизма необходимо расширить в р раз, то используя обозначения на рис. 4, запишем:

 Скачать реферат