 |
Рисунок 2.11 – Схема двухпредельного выпрямительного миллиамперметра с универсальным шунтом
|
|
|
|
Рисунок 2. 11 – Схема двухпредельного выпрямительного миллиамперметра с универсальным шунтом
В авометрах в режиме измерения синусоидальных токов диапазон измерения токов лежит в пределах от 0, 2 мА до нескольких десятковампершкала в большей части линейна. Падение напряжения в амперметрах колеблется от 0, 5 до 1 В.
Для измерения переменного напряжения используют многопредельные выпрямительные вольтметры. Расширение пределов измерения осуществляется переключаемыми добавочными резисторами, включенными в цепь переменного тока перед измерительным выпрямителем. Значение входного сопротивления вольтметра в основном определяется значением (так как ); оно составляет 1, 5-2 кОм/В и зависит от предела измерения напряжения.
Для измерения малых напряжений предпочтительны вольтметры с однополупериудным выпрямлением, для измерения больших напряжений – вольтметры с двухполупериодным выпрямлением. Для уменьшения частотной погрешности, безындукционные добавочные резисторы и параллельно им включают конденсатор. В вольтметрах с однополупериодным выпрямлением при градуировке шкалы в среднеквадратичных значениях измеряемого напряжения U учитывается коэффициент 2, 22, т. е. , а в вольтметрах с двухполупериодным выпрямлением - коэффициент 1, 11 т. е. При измерении несинусоидальных напряжений к показаниям вольтметров вносятся поправки. Схемы измерения сопротивлений резисторов и емкостей конденсаторов, используемые в авометрах, будут рассмотрены в гл. 9.
2. 4 Электродинамические измерительные приборы
Рисунок 2. 12 – Устройство электродинамического измерительного механизма
Измерительные механизмы. Эти механизмы (рис. 2. 12) работают на принципе взаимодействия магнитных потоков двух катушек, по которым протекают токи. Измерительные механизмы состоят из пары неподвижных кат ушек 1 (круглой или прямоугольной формы), соединенных последовательно. Внутри этих катушек на оси находится бескаркасная подвижная катушка (рамка) 2. Для подвода тока в подвижною катушку и создания противодействующего момента применяют спиральные пружинки.
|
|
|
Чтобы получить вращающий момент М, используют электромагнитную энергию системы из двух катушек, по которым протекают постоянные токи и, т. е. где - индуктивности катушек; - их взаимная индуктивность. Если потоки подвижной и неподвижных катушек совпадают, то взаимная индуктивность катушек положительна, если же потоки направлены в разные стороны - то отрицательна. При повороте подвижной катушки на угол α изменяется взаимная индуктивность , зависящая от формы и взаимного расположения катушек, а индуктивности и остаются постоянными. Вращающий момент
(2. 25)
При некоторых определенных соотношениях размеров подвижной и неподвижных катушек можно получить в пределах рабочей части шкалы.
Под действием вращающего момента подвижная катушка стремится занять такое положение, при котором направление ее магнитного поля совпадало бы с направлением магнитного поля неподвижных катушек. При этом она будет поворачиваться до тех пор, шока вращающий и противодействующий моменты не сравняются, т. е. . Следовательно, угол отклонения подвижной части механизма
(2. 26)
При включении электродинамического механизма в цепь переменного тока мгновенное значение вращающего момента
(2. 27)
где; - мгновенные значения токов в катушках (-начальные углы сдвига фаз).
Среднее значение вращающего момента за период, на который реагирует подвижная часть механизма,
|
|
|
(2. 28)
где - среднеквадратичные значения токов в катушках; - угол сдвига фаз между векторами токов и. Угол отклонения подвижной части механизма
(2. 29)
показывает, что при несовпадении по фазе токов отклонение подвижной части, а пропорционально произведению среднеквадратичных значений этих токов на косинус угла сдвига фаз между ними.
Электродинамические механизмы содержат две цепи тока, поэтому являются множительным устройством и обладают фазочувствительностью. Данная особенность позволяет применять их не только в амперметрах, вольтметрах, но и в ваттметрах, фазометрах и др.
К достоинствам электродинамических механизмов относят высокую точность и возможность использования их как в цепях постоянного тока, так и в цепях переменного тока, к недостаткам - малую чувствительность; влияние внешних магнитных полей на покaзaния ИМ (слабое собственное магнитное поле); большую мощность потребления; ограниченный частотный диапазон (до 1, 5 кГц). Электродинамические механизмы используют в амперметрах, вольтметрах, ваттметрах при лабораторных измерениях в цепях постоянного и пёрёменного токов промышленной частоты, фазометрах. Для уменьшения влияния внешних магнитных полей на показания приборов применяют магнитное экранированияизмерительного механизма, или астазирование. При астатическом исполнении имеются два измерительныхмеханизма с общей осью. Собственные магнитные поля измерительного механизма направлены в противоположные стороны. Внешнее равномерное магнитное поле, усиливая поле одного измерительного механизма на какое-то значение, на это же значение ослабляет поле другого, но не изменяет их суммарного вращающего момента.
Амперметры и вольтметры. Если неподвижные и подвижные катушки соединить последовательно и по ним пропустить один и тот же ток
, то угол отклонения подвижной части механизма
(2. 30)
где k - коэффициент пропорциональности.
Следовательно, отклонение подвижной части прибора пропорционально квадрату тока (напряжения). При изменении направления токов в обеих катушках отклонение подвижной части прибора останется прежним. Так как токи и совпадают по фазе, то прибор может иметь одну шкалу для постоянных и переменных токов (например, для амперметров на малые токи до 0, 1 А и вольтметров).
|
|
|
При токах выше 0, 1 А катушки соединяются параллельно .
Электродинамические амперметры применяют для измерения токов 0, 1-10 А. Использование их для измерения токов миллиамперного диапазона в маломощных цепях ограничивается большой мощностью потребления и малой чувствительностью. Изменение пределов измерения достигается секционированием неподвижных катушек, а также комбинацией последовательно-параллельного соединения секций неподвижных катушек с подвижной катушкой.
В электродинамических вольтметрах неподвижная и подвижная катушки соединяются последовательно с добавочным резистором и по ним проходит один и тот же ток.
Электродинамические вольтметры выпускаются на несколько пределов (до 300 В. ) и используют их в основном для точных измерений. Внутреннее сопротивление их мало (примерно 1 кОм на пределе 30 В), мощность потребления изменяется в зависимости от предела измерения, максимум до 10 Вт, чувствительность низкая
Пределы измерения амперметров и вольтметров могут быть расширены с помощью измерительных трансформаторов токов и напряжений.
|
|
|
