 |
Рисунок 7.18 – Схема измерителя амплитуды одиночных импульсов с дискретным преобразователем (а) и временные диаграммы, поясняющие его работу (б)
|
|
|
|
Рисунок 7. 18 – Схема измерителя амплитуды одиночных импульсов с дискретным преобразователем (а) и временные диаграммы, поясняющие его работу (б)
К основным характеристикам преобразования относят: относительную погрешность при заряде, равную; относительную погрешность запоминания, равную; минимальную длительность преобразуемого импульса; время запоминания в течение которого погрешность запоминания не превосходит заданную; коэффициент расширения, .
Для преобразования одиночного импульсного напряжения в интервал времени используется амплитудно-временное преобразование (см. 6. 4). Входной сигнал преобразуют в интервал времени, длительность которого пропорциональна амплитуде измеряемого импульса, т. е. (- коэффициент, определяющий масштаб преобразования). Длительность преобразованного импульса определяется последовательным счетом числа импульсов образцовой частоты, заполняющих временной интервал с выдачей результата измерения либо на цифровой индикатор, либо цифропечатающее устройство, т. е. .
Схема измерителя амплитуды одиночных импульсов с дискретным преобразованием представлена на рис. 7. 18, а.
В качестве амплитудно-временного преобразователя может быть использован преобразователь, построенный на принципе разряда накопительного конденсатора, предварительно заряженного за время действия до амплитуды измеряемого импульса. По окончании импульса начинается разряд конденсатора через токостабилизирующее устройство до первоначального значения напряжения. Начало и конец разряда фиксируются ограничителем интервала преобразования, и так как разряд конденсатора происходит по линейному закону (рис 7. 18, б), то время между началом и концом разряда соответствует времени преобразования и пропорционально амплитуде импульса, т. е. .
|
|
|
Погрешность преобразования определяется непостоянством коэффициента амплитудно-временного преобразования и интервала преобразования, амплитудной погрешностью параметров преобразуемого сигнала и др.
8 СЧЕТЧИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ (Вариант 1)
8. 1 Общие сведения
Для учета электрической энергии изготовляют специальные приборы, называемые счетчиками электрической энергии. Эти приборы показывают значение измеряемой величины за определенный промежуток времени, т. е. являются интегрирующими (суммирующими). В отличие от обычного показывающего прибора подвижная часть электрического счетчика имеет неограниченный угол отклонения (вращения). По своей конструкции счетчик представляет собой сочетание измерителя мощности (ваттметра) со счетным механизмом.
Счетчики электрической энергии бывают: постоянного тока, однофазные – СО, активной энергии трехфазные (трехпроводные и четырехпроводные) - САЗ и СА4, реактивной энергии трехфазные (трехпроводные и четырехпроводные) - СРЗ и СР 4, специального назначения.
8. 2 Электродинамические счетчики
Учет электрической энергии в цепях постоянного тока осуществляется при помощи электродинамических и магнитоэлектрических счетчиков. Устройство и включение электродинамического счетчика показано на рисунке 8. 1.
Рисунок 8. 1 – Устройство и включение электродинамического счетчика электрической энергии
По двум последовательно соединенным неподвижным Н катушкам, на которых намотано малое число витков из толстого провода, протекает ток нагрузки исследуемой цепи. Этот ток вызывает в пространстве между катушками практически равномерное магнитное поле, индукция которого пропорциональна току: ( - коэффициент пропорциональности, зависящий от размеров, формы катушек и числа их витков).
|
|
|
В магнитном поле между неподвижными катушками на оси 1 размещен якорь 3, намотанный большим числом витков из тонкой медной проволоки. Чтобы обеспечить устойчивое вращение якоря, его обмотку делают из нескольких секций, сдвинутых пространственно относительно друг друга.
Если обмотку якоря выполнить из одной катушки то вращающий момент, действующий на якорь, будет дважды за оборот равняться нулю и остановка якоря, особенно при малых нагрузках, будет неизбежна. Обычно обмотка якоря состоит из 3-5 секций. Периодическое переключение направления тока в секциях обмотки якоря и обеспечение его вращения в одном направлении достигается при помощи коллектора 4. Обмотку якоря, соединенную через коллектор и щетки Щ—Щ последовательно с добавочным сопротивлением и обмоткой К компенсатора трения, включают параллельно в исследуемую цепь с напряжением. Под воздействием напряжения цепи через обмотку якоря течет ток:
(8. 1)
где - ток обмотки подвижного якоря;
- напряжение сети, в которую включен счетчик;
- противоэлектродвижущая сила, наведенная в обмотке вращающегося якоря;
- сопротивление обмотки якоря;
- добавочное сопротивление, выбираемое соответственно номинальному напряжению счетчика;
- сопротивление обмотки компенсатора трения.
Величина по сравнению с ничтожно мала (доли процента), а численные значения, и для каждого счетчика постоянны. Поэтому величину тока обмотки якоря можно выразить:
(8. 2)
где
Взаимодействие поля неподвижных катушек ( ) с током якоря вызывает появление вращающего момента, действующего на подвижный якорь.
Величина вращающего момента, определяемая индукцией ноля неподвижных катушек и током обмотки якоря, может быть выражена:
(8. 3)
где - коэффициенты, зависящие от конструктивных параметров счетчика.
Из последнего выражения видно, что вращающий момент, действующий на подвижный якорь, пропорционален мощности цепи, в которую включен счетчик. Под воздействием этого вращающего момента якорь, а вместе с ним и алюминиевый диск 2, насаженный на ту же ось, начинают ускоренно (за счет кинетической энергии движения) вращаться. Вращаясь, алюминиевый диск пересекает магнитный поток постоянного магнита и в нем индуктируются токи, которые, взаимодействуя с потоком постоянного магнита, создают тормозной (противодействующий) момент.
|
|
|
Величина этого момента зависит от магнитного потока постоянного магнита и индуктированных в диске токов
Токи в диске равны
(8. 4)
где - э. д. с, индуктируемая в алюминиевом диске при его вращении в поле постоянного магнита с угловой скоростью;
- сопротивление диска для индуктированных токов. Выражение тормозного момента может быть представлено в таком виде:
где - конструктивная постоянная.
Из последнего выражения (8. 3) видно, что величина тормозного момента для каждого счетчика определяется скоростью вращения его диска.
Когда вращающий и тормозной моменты, действующие на диск счетчика, сравняются по величине, последний начнет вращаться с установившейся равномерной скоростью. Пренебрегая трением в счетчике (в опорах, в счетном механизме, щеток о коллектор), можно считать, что установившаяся равномерная скорость вращения диска наступает при, или на основании формул (8. 3) и (8. 5) при
(8. 5)
Из этого выражения следует, что установившаяся равномерная скорость вращения диска, электродинамического счетчика пропорциональна мощности цепи, в которую включен счетчик.
За промежуток времени в исследуемой цепи будет израсходовано количество электрической энергии, а диск счетчика за это время сделает число оборотов. Чтобы установить связь между и, проинтегрируем выражение (8. 4), предварительно несколько его преобразовав:
Легко усмотреть, что левая часть последнего равенства представляет собой величину, пропорциональную израсходованной электрической энергии за время, а правая часть этого равенства пропорциональна числу оборотов диска за то же время.
|
|
|
Между израсходованной за время электрической энергией и числом оборотов диска счетчика может быть установлена такая связь:
или
(8. 6)
Величина называется постоянной счетчика.
Она характеризует количество электроэнергии в джоулях (), приходящееся на один оборот диска счетчика.
Численное значение израсходованной энергии отсчитывается по счетному механизму (СМ) счетчика, вращаемого осью 1 через червячную (Ч) передачу (рис. 8. 1).
В современных счетчиках применяются роликовые счетные механизмы, работающие по десятичной системе. Устройство такого счетного механизма показано на рисунке 8. 2.
Вращение диска через червячную передачу 2-3 и систему шестеренок 4-5 и 6-7 с различным передаточным числом передается от оси 1 к ролику 8, вращающемуся вместе с осью 11. Остальные ролики (число которых определяет так называемая емкость счетного механизма) насажены на ту же ось свободно. По окружности каждого из роликов нанесены цифры от 0 
|
|
|
