Приборы электродинамической системы.

Электродинамическая система — измерительный механизм содержит две измерительные катушки: неподвижную и подвижную. Принцип действия основан на взаимодействии катушек, электромагнитные поля кото­рых взаимодействуют в соответствии с формулой:

cos ,

где Mвр — вращающий момент; I1 — ток через неподвижную катушку;I 2 —

ток через подвижную катушку; — фазовый сдвиг между синусоидальными токами; М— коэффициент взаимной индуктивности катушек.

На основе электродинамического механизма в зависимости от схемы соеди­нения обмоток могут выполняться вольтметры, амперметры, ваттметры. Досто- инством электродинамических вольтметров и амперметров является высокая точность на переменном токе. Предел основной приведенной погрешности может быть 0,1...0,2 %, что является наилучшим достижимым показателем для измерителыахх приборов переменного тока. По другим показателям электродинамиче­ские приборы близки к электромагнитным. Электродинамические приборы ис­пользуются как образцовые лабораторные низкочастотные высокого класса точности измерительные приборы.

Класс точности 0,1 … 0,2,потребляемая мощность Рсоб = 1 Вт., частотный диапазон 0 … 5кГц.

1 - неподвижная катушка

2 - подвижная катушка

Описанные выше приборы не решают многих проблем, возникающих при измерении на переменном токе: электромагнитный и электродинамический— низкочастотны, электростатический обладает низкой чувствительностью. Приме­нение магнитоэлектрического механизма в сочетании с преобразователем позво­ляет существенно расширить возможности измерений на переменном токе. По типу преобразователя данные приборы делятся на выпрямительные и термоэлек­трические.

 

Методика применения электромеханических приборов. Метод. Добавочное сопротивление и шунт.

Типы электромеханических приборов. Классификация. Схема прибора Ц-43 и принцип его работы..

Электромеханические приборы — СИ, в которых электрическая энергия измеряемого сигнала преобразуется в механическую энергию подвижной части. Общая схема электромеханического прибора: На приведенной схеме: ИЦ (измерительная цепь): служит для преобразования входной электрической величины в другую электрическую величину. ИМ (измерительный механизм): в нем происходит преобразование электрической энергии в механическую. ОУ (отсчетное устройство): предназначено для визуального отображения результата: Вращающий момент, приводящий стрелку ОУ в движение, равен: , противодействующий ему момент равен M пр = f (α). В некоторый момент времени становится M пр = M вр, и стрелка ОУ останавливается.

Классификация электромеханических приборов

По виду измеряемой величины:
Амперметры, вольметры, омметры, частотометры, фазометры…

По роду электрического сигнала:
Постоянного (=) или переменного (~) тока.

По способу создания противодействующего момента M _пр

Механические.
Логометры.

По способу успокоения

Воздушные. Жидкостные. Магнитоиндукционные.

По типу измерительного механизма
Магнитоэлектронные.
Электромагнитные.

Электродинамические.
Электростатические.

Индукционные.

Ферродинамические.

Амперметры

Поскольку нагрузочная способность МЭИМ весьма мала, применяется шунтирование: включение параллельно с ИМ малого шунтирующего сопротивления. В этом случае большой ток I _ш будет течь через это сопротивление, а малый ток I _ИМ — через измерительный механизм. Ниже показан случай, когда один амперметр работает на нескольких диапазонах измерений. Для переключения между соответствующими шунтирующими сопротивлениями используется скользящий контакт.



Согласно законам Кирхгофа, получим (R _ш — эквивалентное шунтирующее сопротивление)

,

где обозначили k _ш коэффициент шунтирования:

.

Таким образом можно измерить ток в диапазоне

I _пр = 10⁻⁷ ÷ 7,5 · 10³ А.


^

Вольтметры

При изменении напряжения ток, текущий через ИМ, ограничивается добавочным (большим) сопротивлением R _д, соединяемым с ИМ последовательно. На следующей схеме показан случай, когда вольтметр работает на разных пределах измерения. Соответствующие добавочные сопротивления выбираются с помощью скользящего контакта.



В этом случае предельное напряжение



Введем добавочный коэффициент k _д, равный

.

В итоге получим

.

Таким образом можно измерить напряжение в диапазоне

U _пр = 0,5 · 10⁻³ ÷ 3 · 10³ В.
^

Омметры

1. 
   Последовательная схема омметра:

Объект измерения — сопротивление R_x.

R _д — добавочное сопротивление, ограничивающее ток через ИМ.

U _ИП — напряжение на источнике питания.

Тогда получим



Если напряжение питания изменяется, то показания прибора при том же самом сопротивлении, само собой, будут меняться. Чтобы этого избежать, применяют магнитный шунт (например, в тестерах): измеряют индукцию, подстраивая прибор под изменяющееся напряжение питания. Для настройки закорачивают контакты и «сдвигают» показания на ноль при помощи регулятора.

С учетом обратной пропорциональной зависимости α от R_x, шкала прибора мало того что будет иметь вид ∞..0. Она будет неравномерной! Поэтому на таких приборах всегда размещают дополнительную, равномерную шкалу, и нормируют погрешность по длине этой шкалы l _шк; класс точности омметров обозначается в виде «числа с крышечкой внизу».

1. 
   Параллельная схема омметра:

Практически аналогично предыдущему случаю, получим

.

Аналогичным образом анализируя это выражение, получим условие R_x << R _д, чтобы I _ИМ был преимущественно функцией R_x.

Шкала здесь, в отличие от предыдущего случая, будет иметь вид 0..∞.


Класс точности омметров находится в пределах



Заметим, что существуют комбинированные приборы, объединяющие в себе амперметр, вольтметр, омметр, частотометр и т.д