Достоинства и недостатки приборов электродинамической системы

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.

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 М_пр. 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:

М_вр = 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.

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)

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.

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 M_1,2 – 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 S_I – 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;

R_н – 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 I_пр и I_об – прямой и обратный токи; R_пр и R_об – 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 R_a .

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

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 R_д. 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.