Меню Рубрики

Достоинства и недостатки приборов электродинамической системы

Содержание

В измерительных механизмах магнитоэлектрической системы вращающий момент создается взаи­модействием измеряемого постоянного тока в катушке механизма с полем постоянного магнита. Существуют два основных типа приборов магнитоэлектрической системы: приборы с подвижной катушкой (подвижной рамкой) и приборы с подвижным магнитом, причем первые применяются значительно чаще, чем вторые.

Читайте также:  Karcher sv 1802 инструкция на русском

Принцип действий магнитоэлектрических приборов основан на взаимодействии магнитного поля постоянного магнита и обмотки с током. В воздушном зазоре 1 (рис. 7.1) между неподвижным стальным цилиндром 2 и полюсными наконечниками NS неподвижного постоянного магнита расположена алюминиевая рамка с обмоткой 3, состоящей из w витков изолированной проволоки.

Рамка жестко соединена с двумя полуосями О и О’, которые своими концами опираются о подшипники. На полуоси О закреплены указательная стрелка 4 и две спиральные пружинки 5 и 5′, через которые к катушке подводится измеряемый ток I, противовесы 6. Полюсные наконечники NS и стальной цилиндр 2 обеспечивают в зазоре 1 равномерное радиальное магнитное поле с индукцией В. В результате взаимодействия магнитного поля с током в проводниках обмотки 3 создается вращающий момент. Рамка с обмоткой при этом поворачивается и стрелка отклоняется на угол α. Электромагнитная сила Fэм , действующая на обмотку, равна Fэм = wBlI.

Вращающий момент, создаваемый силой Fэм,

где d и l— ширина и длина рамки (обмотки); С1 – коэффициент, зависящий от числа витков w, размеров обмотки и магнитной индукции В.

Повороту рамки противодействуют спиральные пружинки 5 и 5′, создающие противодействующий момент, пропорциональный углу закручивания α:

где С2 — коэффициент, зависящий от жесткости пружинок.

Стрелка устанавливается на определенном делении шкалы при равенстве моментов

Мвр = Мпр, т. е. когда C1I = С2α. Угол поворота стрелки

С2 пропорционален току. Следовательно, у приборов магнитоэлектрической системы шкала равномерная, что является их достоинством.

Направление вращающего момента (определяемое правилом левой руки) изменяется при изменении направления тока. При включении прибора магнитоэлектрической системы в цепь переменного тока на катушку действуют быстро изменяющиеся по значению и направлению механические силы, среднее значение которых равно нулю. В результате стрелка прибора не будет отклоняться от нулевого положения. Поэтому эти приборы нельзя применять непосредственно для измерений в цепях переменного тока.

Достоинства приборов магнитоэлектрической системы: точность показаний, малая чувствительность к посторонним магнитным полям, незначительное потребление мощности, равномерность шкалы. К недостаткам следует отнести необходимость применения специальных преобразователей при измерениях в цепях переменного тока и чувствительность к перегрузкам (тонкие токопроводящие пружинки 5 и 5′ из фосфористой бронзы при перегрузках нагреваются и изменяют свои упругие свойства).

15. электромагнитные приборы, принцип действия, достоинства, недостатки, область применения

Электроизмерительные приборы — класс устройств, применяемых для измерения различных электрических величин.

Принцип работы приборов этой системы основан на взаимодействии магнитного поля, создаваемого катушкой со стальным сердечником, помещенным в поле этой катушки. Электромагнитный измерительный механизм выполняют с плоской или круглой катушкой.

Достоинством приборов электромагнитной системы являются простота и надежность конструкции, невысокая стоимость, стойкость к перегрузкам и пригодность для измерений в цепях переменного и постоянного тока.

К недостаткам относятся невысокая точность, малая чувствительность, неравномерность шкалы и зависимость показаний от внешних магнитных полей и частоты переменного тока.

Электромагнитные приборы используют, главным образом, для измерения тока и напряжения в промышленных установках переменного тока.

16. Электродинамические измерительные приборы, принцип действия, достоинства, недостатки, область применения

Принцип действия электродинамических приборов основан на взаимодействии магнитных полей двух катушек одной, неподвижно закрепленной, и другой, сидящей на оси и могущей поворачиваться.

Достоинствами электродинамических приборов являются пригодность для измерения постоянного и переменного тока, равномерность шкалы у ваттметров и относительно высокая точность по сравнению с другими приборами, предназначенными для измерений в цепях переменного тока.

К недостаткам относится сильное влияние внешних магнитных полей на точность измерений, чувствительность к перегрузкам и относительно высокая стоимость.

Электродинамические приборы применяют обычно в качестве точных лабораторных приборов, а также в качестве ваттметров и счетчиков электрической энергии в цепях постоянного тока.

17.ферродинамические измерительные приборы, принцип действия, достоинства, недостатки, область применения

Работа ферродинамических приборов основана на том же принципе, что и приборов электродинамической системы. Для усиления магнитного поля в ферродинамическом измерительном механизме применен магнитопровод из ферромагнитного материала.

Ферродинамические приборы используют в качестве щитовых амперметров, ваттметров и вольтметров, работающих в условиях тряски и вибраций (например, на э. п. с. переменного тока). Кроме того, их применяют в качестве самопишущих приборов, так как они имеют значительный вращающий момент, преодолевающий трение в записывающих устройствах.

Достоинства: незначительное влияние внешних магнитных полей, большой вращающий момент, прочная конструкция, устойчивость к вибрациям и ударам, небольшая потребляемая мощность.

Недостатки: дополнительные погрешности вследствие влияния гистерезиса и вихревых токов, зависимость показаний от частоты, невысокая точность щитовых приборов – обычно 1,5; 2,0.

18 электростатические измерительные приборы, принцип действия, достоинства, недостатки, область применения

Принцип действия: основой электростатических приборов является электростатический измерительный механизм с отсчетным устройством.

Они применяются, главным образом, для измерения напряжений переменного и постоянного тока. Находят применение также электрометры — электростатические приборы специальной конструкции, требующие вспомогательных источников питания. Электрометры обладают повышенной чувствительностью к напряжению.

Достоинствами электростатических приборов являются:

малое собственное потребление мощности, что объясняется малыми токами утечки и малыми диэлектрическими потерями в изоляции, малой емкостью измерительного механизма, большой диапазон измеряемых напряжений, возможность измерений на постоянном и на переменном токе, независимость показаний от частоты в широком диапазоне и формы измеряемого напряжения, независимость показаний от внешних магнитных полей.

К недостаткам электростатических приборов можно отнести:

малую чувствительность по напряжению, влияние внешних электростатических полей, что требует экранирование измерительного механизма, неравномерную шкалу (при соответствующем выборе формы подвижных и неподвижных электродов можно получить практически равномерную шкалу на участке от 15-25 % до 100 % от ее номинального значения).

Принцип действия приборов электродинамической системы (рис. 5) основан на взаимодействии двух катушек 1 и 2, по которым протекают измеряемые токи i1 и i2. Измерительный механизм состоит из двух катушек: неподвижной 1 и подвижной 2. Подвижная катушка 2, находящаяся внутри неподвижной 1, закреплена на оси 3. Ток i2 к подвижной катушке подходит через спиральные пружины 4, которые также предназначены для создания противодействующего момента Мпр. Угол отклонения стрелки электродинамического прибора в цепи постоянного тока: a = с1·I1·I2 прямо пропорционален произведению токов в неподвижной и подвижной катушках, (где с1– коэффициент пропорциональности).

При переменном токе вращающий момент в любой момент времени пропорционален произведению мгновенных значений токов:

где y – угол сдвига фаз между векторами токов.

Показания приборов в этом случае определяются средним значением вращающего момента за период:

Мвр = с2·I’1m sinwt·I’2m sin (wt+j)·dt = с2·I’1·I’2·cosj ,

где I’1 и I’2 – действующие значения переменных синусоидальных токов, соответственно i1 и i2.

Читайте также:  Вриезия астрид уход в домашних условиях

Таким образом, угол отклонения стрелки электродинамического прибора в цепи переменного тока прямо пропорционален произведению трех величин: тока в неподвижной катушке, тока в подвижной катушке и косинуса угла сдвига фаз j между векторами этих токов. Следовательно, шкала электродинамического прибора неравномерная, но здесь надо помнить, что электродинамический ваттметр имеет равномерную шкалу

а)

Условное обозначение прибора

б)

Рис. 5.

Устройство прибора электродинамической системы
(электродинамический ваттметр): а), б) 1 – неподвижная катушка; 2 – подвижная катушка; 3 – ось; 4,5 – спиральные пружины; 6 – стрелка)

Достоинствами электродинамических приборов являются: высокая точность, обусловленная отсутствием стальных сердечников; способность работать на постоянном и переменном токе. При измерении в цепях переменного тока показания приборов соответствуют среднеквадратичному значению.

Недостатками следует считать: сравнительно низкую чувствительность; зависимость показаний от внешних магнитных полей; опасность перегрузок; большую мощность потерь; относительно высокую стоимость из-за сложной конструкции; неравномерность шкалы при измерении тока и напряжения.

Класс точности приборов данной системы: 0,1; 0,2; 0,5. Условное обозначение прибора электродинамической системы показано на рис. 5 в правом нижнем углу.

Для уменьшения влияния посторонних магнитных полей электродинамические приборы делают астатическими и применяют экранирование.

Если в неподвижную катушку электродинамического прибора ввести ферромагнитный сердечник, то напряженность собственного магнитного поля такой неподвижной катушки увеличится, что приведет к повышению чувствительности прибора и ослаблению влияния внешних магнитных полей, однако появятся потери, обусловленные гистерезисом и вихревыми токами. Такие приборы называются ферродинамическими.

ИНДУКЦИОНННЫЕ ПРИБОРЫ

Устройство. Индукционный измерительный механизм (рис. 6) состоит из двух неподвижных электромагнитов 1 и 4 и подвижного алюминиевого диска 5, укрепленного на одной оси со стрелкой 2. По катушкам электромагни­тов 1 и 4 проходят переменные токи, сдвинутые по фазе на угол ψ, в которых создают два переменных магнитных потока. Эти потоки пронизывают диск и индуктируют в нем э.д.с. по фазе, отстающие от соответствующих потоков на угол 90°. Под действием э.д.с. в диске возникают вихре­вые токи, которые при частоте 50 Гц практиче­ски совпадают по базе с соответствующими э.д. с.

Рис. 6.

Устройство индукционного прибора: (1 – пружина; 2 – неподвижный электромагнит; 3 – неподвижный электромагнит; 4 – алюминиевый диск).

Применение прибора.Индукционный прибор, так же как и электродинамический, в принципе может быть использован в качестве амперметра, вольтметра и ваттметра.

Достоинствами индукционных приборов являются высокая устойчивость к перегрузкам, большой вращающийся момент и малая чувствительность к внешним магнитным полям.

К недостаткам относятся сравнительно невысокая точность и зависимость показаний от частоты переменного тока и температурных влияний.

ЛОГОМЕТРЫ

Принцип действия. Логометры — показывающие электроизмерительные прибо­ры, имеющие два измерительных механизма, которые создают два противоположно направленных момента, вследствие чего угол поворота подвижной части прибора определяется только отношением токов в обмотках этих механизмов.

Логометры могут быть выполнены с измерительными механизмами любой электроизмерительной системы. Характерной особенностью их является отсутствие механических устройств, создающих противодействующий момент, вследствие чего их подвижная часть при отсутствии тока в катушках находится в состоянии безразличного равновесия.

На (рис. 7, а) показана принципиальная схема магнитоэлектрического логометра. Он состоит из двух катушек 1 и 2, расположенных под некоторым углом и жестко укрепленных на общей оси. К этим катушкам подводятся токи через три эластичные спирали 5, не создающие при закручивании механического момента.

Рис. 7.

Устройство логометра: (а) магнитоэлектрического: 1,2 – катушки; 3 – сердечник; 4 – наружное кольцо; 5 – эластичные спирали; б) электродинамического: 1,2 – подвижные катушки; 3 – сердечник; 4 – наружное кольцо; 5 – эластичные спирали; 6 – неподвижная катушка)

Сердечник 3 имеет форму эллипса, поэтому в воздушном зазоре между сердечником и наружным кольцом 4 образуется неравномерное магнитное поле.

На (рис. 7, б) показана принципиальная схема электродинамического логометра. Он также имеет 1 и 2, жестко укрепленные на оси и расположенные в магнитном поле неподвижной катушки 6. При повороте подвижной части момент, возникающий в результате взаимодействия потоков одной из подвижных катушек и неподвижной катушек, уменьшается (или наоборот). При определенном положении подвижной части моменты уравновешиваются.

Состав узла для создания вращающего момента. Взаимодействие магнитных полей неподвижной и подвижной катушек. Достоинства и недостатки приборов электродинамической системы. Принцип действия амперметра, ферродинамического и термоэлектрического прибора.

Рубрика Физика и энергетика
Вид контрольная работа
Язык русский
Дата добавления 20.02.2014
Размер файла 30,7 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Электродинамические приборы

Узел для создания вращающего момента состоит из неподвижной катушки, внутри которой помещена подвижная.

Принцип действия заключается во взаимодействии магнитных полей неподвижной и подвижной катушек, по которым протекают измеряемые токи. магнитное электродинамический прибор амперметр

Неподвижная катушка разделена на две половины, по которым протекает ток I1. Подвижная катушка расположена внутри неподвижной, и по ней протекает ток I2, который подводится через спиральные противодействующие пружины или растяжки. Успокоение обычно воздушное.

Энергия, запасенная в обеих катушках,

где M1,2 – взаимная индуктивность между катушками.

Формула вращающего момента

и уравнение отклонения указателя

Если через катушки пропустить переменные синусоидальные токи и , то подвижная часть прибора будет реагировать на среднее значение вращающего момента

где I1 и I2 – действующие значения тока;

— фазовый сдвиг между ними.

Значит уравнение (15) для переменного тока примет вид:

Из формул ясно, что показания приборов электродинамической системы пропорциональны произведению токов, протекающих по катушкам; градуировка шкалы на постоянном токе справедлива и для переменных токов.

К достоинствам этих приборов относятся:

– возможность перемножать измеряемые величины, т.е. измерять мощность;

– малая погрешность, так как в механизме нет железа.

– значительное потребление мощности;

– влияние температуры, частоты и внешнего магнитного поля.

Выпускаются амперметры электродинамической системы для применения в цепях постоянного и переменного тока с частотами 50, 400, 1000, 2000, 3000 Гц.

Для измерения силы тока обе катушки соединяют параллельно или последовательно. При этом один и тот же ток протекает по обеим катушкам.

Уравнение (15) будет иметь вид:

где SI – чувствительность по току.

При параллельном соединении катушек пределы измерения тока будут больше чем при последовательном.

Щитовые амперметры непосредственного включения выпускают с пределами измерений от 1 до 200 А. Расширение пределов (до 6кА) осуществляется при помощи измерительных трансформаторов тока.

Ферродинамические приборы.

Ферродинамические приборы являются разновидностью электродинамических с тем отличием, что 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.

Термоэлектрические приборы.

Приборы с термопреобразованием предназначены для работы в цепях переменного тока в диапазоне низких и высоких частот.

Термоэлектрический прибор состоит из термоэлектрического преобразователя и магнитоэлектрического амперметра.

Преобразователь представляет собой нагреватель (1), по которому протекает измеряемый ток I, и связанную с ним термопару. Во время измерения температура места соединения нагревателя и термопары приобретают значение Т1, а свободные концы термопары имеют температуру окружающего пространства T2.

Разность температур вызывает термо-ЭДС

где а – коэффициент пропорциональности, зависящий от материала термопары и ее конструкции.

В установившемся состоянии вследствие тепловой инерции температура нагревателя T1 постоянна и определяется рассеиваемой на нем мощностью.

Запишем такое выражение

где k – коэффициент теплоотдачи.

Из этих выражений для термо-ЭДС запишем

где – коэффициент пропорциональности;

Rн – сопротивление нагревателя;

I 2 -квадратичное значение измеряемого тока.

Нагреватель включают последовательно в разрыв измеряемой цепи, а возникающую термо-ЭДС измеряют микроамперметром, работающим как милливольтметр.

Шкалу прибора градуируют в среднеквадратических значениях измеряемого тока.

Термоэлектрические преобразователи разделяются на контактные, бесконтактные и вакуумные.

В контактном преобразователе имеется гальваническая связь между нагревателем и термопарой, т.е. между входной и выходной цепями, что не всегда допустимо.

В бесконтактном преобразователе нагреватель отделен от термопары стеклянной или керамической бусинкой, так что между ними существует только незначительная емкостная связь. Чувствительность бесконтактного преобразователя ниже, чем у контактного. И у вакуумного термопреобразователя ниже, чем у контактного.

В вакуумном термопреобразователе нагреватель и термопара помещены в стеклянный баллончик.

Нагреватель представляет собой тонкую проволочку из манганина или нихрома. Термопара состоит из разнородных материалов и сплавов, устойчивых при высоких температурах. Термоэлектрические приборы получили широкое распространение в качестве амперметров и миллиамперметров.

Максимальное значение измеряемого тока определяется сечением нагревателя и составляет от единиц миллиампер до десятков ампер. При необходимости измерения токов больших значений применяют трансформаторы тока.

Максимальная частота измеряемого тока зависит от сечения нагревателя и его длины и при минимальных размерах достигает сотен мегагерц.

К достоинствам термоэлектрических приборов следует отнести

– независимость показаний от формы кривой измеряемого тока.

Выпрямительные приборы.

Для измерения переменного тока в цепях повышенной частоты широко применяют выпрямительные приборы, состоящие из выпрямительного преобразователя и магнитоэлектрического амперметра.

В качестве выпрямительных элементов используются полупроводниковые (германиевые или кремниевые) диоды, выпрямляющее действие которых определяется коэффициентом выпрямления

где Iпр и Iоб – прямой и обратный токи; Rпр и Rоб – прямое и обратное сопротивление диода.

Коэффициент выпрямления зависит от частоты и значения преобразуемой электрической величины и от температуры окружающей среды.

С повышением частоты часть тока ответвляется через внутреннюю емкость диода и коэффициент выпрямления уменьшается.

Выпрямительные приборы работают по схемам одно- или двухполупериодного выпрямления.

Ток в течение положительного полупериода проходит по измерительной ветви (открыт диод Д1 и витки катушки миллиамперметра), в течение отрицательного полупериода – по защитной ветви (диод Д2 и резистор R). Обе ветви идентичны, сопротивление резистора R равно сопротивлению катушки миллиамперметра Ra .

Через диод Д1 проходит пульсирующий ток i а показания миллиамперметра пропорционально постоянной составляющей тока или среднему значению Iср.

Если измеряемый ток синусоидальной формы, то

В схеме с двухполупериодного выпрямления измеряемый ток в течение положительного полупериода проходит по цепи Д1 – миллиамперметр – Д3 , а в течение отрицательного – Д2 – миллиамперметр – Д4.

Показание миллиамперметра пропорционально средневыпрямленному значению переменного тока.

Для синусоидального тока

магнитный электродинамический амперметр

Шкалу выпрямительного прибора всегда градуируют в среднеквадратических значениях тока синусоидальной формы.

а – угол отклонения стрелки

Главными источниками погрешностей выпрямительных приборов являются:

– погрешность градуировки миллиамперметра;

– изменение температуры окружающей среды;

– выход частоты за пределы рабочего диапазона;

– отклонение формы кривой измеряемого тока от синусоидальной.

В многопредельных амперметрах набор таких шунтов помещают внутри корпуса и переключают наружным ручным переключателем.

Выпрямительный вольтметр состоит из миллиамперметра и добавочного резистора Rд. Добавочные резисторы располагаются внутри корпуса многопредельного вольтметра и переключают их при изменении предела измерения.

Выпрямительные приборы получили широкое распространение в качестве комбинированных измерителей постоянного и переменного тока и напряжения. Снабженные источником постоянного напряжения, они могут использоваться для измерения электрического сопротивления.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Электродинамические измерительные приборы и их применение. Электродинамический преобразователь. Взаимодействие магнитных полей токов. Амперметры, ваттметры, фазометры на основе электродинамических преобразователей. Электромагнитные измерительные приборы.

реферат [101,8 K], добавлен 12.11.2008

Исследование конструкции амперметра на растяжках. Расчет силы Лоренца, электромагнитного момента спирали, угла скручивания растяжки. Выражение значения полярного момента инерции. Определение параметров подвижной системы электроизмерительного прибора.

практическая работа [68,6 K], добавлен 26.06.2015

Методы амперметра и вольтметра, ваттметра и баллистического гальванометра при измерении емкости. Формулы определения шунтов и добавочных резисторов. Устройство и работа измерительного механизма электродинамической системы, ее достоинства и недостатки.

контрольная работа [586,3 K], добавлен 05.11.2010

Особая точность электродинамических приборов, их разновидности и применение для определения тока и напряжения в цепях переменного и постоянного тока. Принцип действия ваттметра, устройство магнитоэлектрического логометра, их распространение и применение.

реферат [511,9 K], добавлен 25.11.2010

Исследование истории развития электрических измерительных приборов. Анализ принципа действия магнитоэлектрических, индукционных, стрелочных и электродинамических измерительных приборов. Характеристика устройства для создания противодействующего момента.

курсовая работа [1,1 M], добавлен 24.06.2012

Исследование конструкции амперметра на спирали. Изучение свойств и работы спирали амперметра. Расчет силы Лоренца и электромагнитного момента. Определение угла скручивания спирали. Осевой момент инерции. Механизм противодействия с использованием спирали.

лабораторная работа [81,4 K], добавлен 26.06.2015

Общие вопросы устройства и теории электромеханических приборов. Магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, ферродинамические, электростатические, индукционные измерительные механизмы. Условные обозначения электромеханических приборов.

курсовая работа [1,8 M], добавлен 10.09.2012

Основные методики поверки показывающих приборов постоянного тока. Измерительный механизм с подвижной катушкой. Класс точности измерительных приборов, работающих на постоянном токе. Проверка изоляции напряжением 2 кВ. Расчет погрешности измерений.

лабораторная работа [22,2 K], добавлен 18.06.2015

Характеристики магнитного поля и явлений, происходящих в нем. Взаимодействие токов, поле прямого тока и круговой ток. Суперпозиция магнитных полей. Циркуляция вектора напряжённости магнитного поля. Действие магнитных полей на движущиеся токи и заряды.

курсовая работа [840,5 K], добавлен 12.02.2014

Примеры расчета магнитных полей на оси кругового тока. Поток вектора магнитной индукции. Теорема Гаусса-Остроградского для вектора: основное содержание, принципы. Теорема о циркуляции вектора. Примеры расчета магнитных полей: соленоида и тороида.

презентация [522,0 K], добавлен 24.09.2013

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

Adblock
detector