Электроизмерительных приборов

Электрические приборы предназначены для измерения электрических ве­личин. Приборы, изучаемые в данной работе, относятся к группе показываю­щих, т. е. прямого действия (искомое значение физической величины определяют непосредственно по показанию прибора). По способу преобразования электрической энергии, подводимой к прибору, в механическую энергию перемещения подвижной части и по конструктивным особенностям измерительного механизма приборы делятся на магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, электростатические, ферродина­ми­ческие, индукци­он­­ные и др.

Условное обозначение принципа действия электроизмерительного прибора указывается на его шкале (табл. 1).

Таблица 1

Условные обозначения на шкале прибора

Система прибора	Условное обозначение	Система прибора	Условное обозначение
Магнитоэлектрическая		Ферродинамическая
Магнитоэлектрическая с термоэлектрическим преобразователем		Электростатическая
Магнитоэлектрическая с выпрямителем		Ферродинамическая
Электромагнитная		Индукционная

Магнитоэлектрические приборы, в которых катушка с током взаимо-действует с полем постоянного магнита, по­лучили широкое распространение для измерения постоянного тока (амперметры) и напряжения (вольтметры). Такие приборы имеют равномерную шкалу отсчета и высокую чувствительность. Для расширения предела измерения амперметры включаются в схему с по­мощью шунтов, а вольтметры – с добавочным со­противлением.

Схемы подключения магнитоэлектрических приборов приведены на рис. 1, где r_A, r_V – сопротивления измерительных приборов; R _д – добавочный рези­стор; R _ш – сопротивление шунта, которое может быть встроено в прибор или включено отдельно; I, I_А – направление тока в цепи и катушке; U_V, U _д, U – соответственно напряжение на измерительном приборе, резисторе R _д, измеряемое.

B электромагнитных приборах магнитное поле неподвижной катушки воздействует на подвижную ферромагнитную пластину, перемещая ее относительно катушки. В электромагнитных амперметрах катушка включается в сеть последовательно. Предел измерения устанавливается изменением числа витков измерительной катушки. Для измерения значительных переменных тока и напряжения применяются измерительные трансформаторы тока и напряжения. Катушки вольтметров включаются в сеть через большое добавочное сопротивление. Электромагнитные приборы просты, надежны, выдерживают значительные перегрузки, могут быть использованы в цепях постоянного и переменного тока, однако они имеют низкую чувствительность, малую точность, неравномерную шкалу, потребляют большую мощность.

а	б
Рис. 1. Схемы подключения амперметра (а) и вольтметра (б)

В электродинамических приборах используется взаимодействие полей двух катушек с током, работают такие приборы как на постоянном, так и на переменном токе в качестве амперметров, вольтметров, ваттметров, фазометров. Основные недостатки электродинамических приборов – влияние внешних магнитных полей и слабый вращающий момент.

В ферродинамических приборах электродинамической системы в измерительном механизме используется стальной магнитопровод. Применение стали уменьшает точность прибора вследствие влияния гистерезиса и вихревых токов, сильно усложняет конструкцию прибора. В силу этих причин ферродинамические приборы для точных измерений мало пригодны и применяются главным образом в качестве регистрирующих приборов и щитовых ваттметров (посл­едние не имеют недостатков электродинамических ваттметров и значительно точнее индукционных).

В электростатических приборах для перемещения подвижной части измерительного механизма используют энергию электрического поля системы электродов. Такие приборы имеют практически равномерную шкалу, применяются для измерения только напряжения постоянного и переменного тока от 10 до десятков киловольт, имеют высший класс точности (0,05) и не потребляют активной мощности.

В индукционных приборах вращающий момент создается взаимодействием токов, наводимых в подвижной части прибора, металлическом диске, с магнитными потоками неподвижных электромагнитов. В индукционном ваттметре одна катушка включается последовательно в цепь, а вторая – параллельно, благодаря чему поток первой катушки пропорционален току I, a второй – напряжению U. Измерительный механизм индукционной системы применяется также в счетчиках электрической энергии переменного тока.

Цифровые измерительные приборы (ЦИП) имеют следующие преиму­щества по сравнению с аналоговыми: высокую точность измерения, широкий диапазон, индикацию результатов в цифровой форме, быстродействие, возможность вывода информации на ЭВМ, автоматический процесс измерения, выбор пределов измерения.

Большинство ЦИП имеет несколько диапазонов измерения, для которых указываются предельные значения. Выбор диапазона производится вручную или автоматически. Переключение диапазона сопровождается изменением положения запятой на цифровом отсчетном устройстве (ЦОУ). Точность измерения определяется погрешностью квантования, которая зависит от числа разрядов ЦОУ.