Лекция 1. Лекция 1. Стрелочные измерительные приборы Измерительные приборыопределения Стрелочные приборы
 Скачать 1.54 Mb.
|
|
Лекция №1. Стрелочные измерительные приборы 1.Измерительные приборы-определения 2.Стрелочные приборы 3.Измерительные механизмы стрелочных приборов - Приборы магнитоэлектрической системы - Приборы электромагнитной системы - Приборы электродинамической системы - Индукционные счетчики 4. Параметры измерительных механизмов. 5. Контрольные вопросы 1.Измерительные приборы-определения - измерительный прибор – средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем; - измерительный преобразователь – средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем; - измерительная установка – совокупность функционально объединенных средств измерений, предназначенных для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем, и расположенных в одном месте; - измерительная система – совокупность средств измерений, соединенных между собой каналами связи, предназначенных для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для автоматической измеряемой величины Электроизмерительные приборы делятся на две основные группы: 1) приборы непосредственной оценки, дающие численное значение измеряемой величины по их отсчетному устройству, например амперметр, вольтметр; 2) приборы сравнения, предназначенные для сравнения измеряемой величины с мерой, например измерительный мост. Наибольшее распространение получили приборы непосредственной оценки, как более простые, дешевые и требующие меньшего времени для измерения. Приборы сравнения применяются для более точных измерений. Таблица 1. Классификация электроизмерительных приборов по роду  Примечание: на принципиальной схеме ваттметр часто показывают в виде трехполюсника  .2.Стрелочные приборы В стрелочных электроизмерительных приборах действие электрического тока или напряжения преобразуется в механическое перемещение указателя-стрелки над соответствующей шкалой. Таким образом, всякий стрелочный электроизмерительный прибор состоит из подвижной и неподвижной частей. По перемещению подвижной части судят о значении измерительного параметра. По принципу действия различают следующие основные системы электрических стрелочных измерительных приборов: магнитоэлектрическая, электромагнитная, электродинамическая, индукционная, электростатическая. Таблица 2. Основные обозначения принципа действия стрелочного прибора  Общие принципы конструктивного исполнения стрелочных приборов Независимо от принципа действия, рода измеряемой величины и степени точности все стрелочные электроизмерительные приборы состоят из следующих основных частей: - подвижной системы и укреплённой на ней стрелкой-указателем; - неподвижной части; - устройства для создания противодействующего момента; - корректора для установки стрелки на нуль; - успокоителя (демпфера); - шкалы с делениями; - соединительных проводников, выводов, зажимов. Подвижная система в процессе измерения поворачивается по отношению к неподвижной на угол, зависящий от измеряемой величины. Поворот подвижной системы происходит под действием вращающего момента Мвр, возникающего как следствие одного из проявлений электрического тока. Способ создания вращающего момента определяет принцип действия прибора. Для ограничения угла поворота α подвижной системы к ней прикладывается противодействующий момент Мпр, величина которого возрастает по мере увеличения угла поворота до величины уравновешивания с вращающим моментом. Шкалы электроизмерительных приборов бывают равномерные рис.1а и 1 в, неравномерные рис.1б, односторонние рис.1а и 1б, двухсторонние рис.1в.  Рис.1 Шкалы измерительных приборов. 1.2. Измерительные механизмы стрелочных приборов Приборы магнитоэлектрической системы Приборы магнитоэлектрической системы  Рис.2. Условные обозначения на шкале прибора с подвижной рамкой (рис.2а) и с подвижным магнитом (рис.2б) без диода измеряют постоянную составляющую тока или напряжения. Приборы с диодом (рис2в) измеряют среднее по модулю значение функции, например тока или напряжения в цепях с выпрямителями. Это приборы постоянного тока. Принцип действия приборов магнитоэлектрической системы основан на взаимодействии поля постоянного магнита и магнитного поля катушки (рамки), по которой проходит ток. Измерительные механизмы приборов магнитоэлектрической системы  Рис.3. Измерительные механизмыприборов магнитоэлектрической системы 5 вариантами расположения постоянных магнитов относительно рамки с током. N и S - полюса постоянного магнита. При протекании тока по рамке возникает вращающий момент М пропорционален току I, т.е. Мвр=Квр×I, где обычно Квр=w×B×S, причём w и S –число витков и площадь рамки, B- магнитная индукция. Вращение рамки с током продолжается до наступления равновесия между вращающим и противодействующим моментами, т.е. когда Мвр= Мпр, Момент противодействия пропорционален углу поворота рамки  , поэтому выполняется равенство. Квр×I= Кпр× . Под коэффициентом Кпр понимают жесткость пружины. Из последней формулы следует: =  IУравнение преобразования: α=  I, где  - магнитное потокосцепление. . Угол поворота рамки, а, следовательно, и стрелки прямо пропорционален величине тока. Поэтому шкала приборов магнитоэлектрической системы равномерная. Достоинства приборов магнитоэлектрической системы: - высокая точность; - сильный вращающий момент, обеспечивающий высокую чувствительность; - малое потребление мощности; - равномерная шкала; - малая зависимость показаний от воздействия внешних магнитных полей; - хорошее успокоение подвижной части. Недостатки: - невозможность измерений в цепях переменного тока; - недостаточная перегрузочная способность. Приборы электромагнитной системы  Рис.4. Измерительный механизмприбора электромагнитный системы: 1 – катушка; 2 – подвижный пермаллоевый лепесток; 3 – спиральная пружина; 4 – ось В электромагнитных измерительных механизмах для создания вращающего момента используют действие магнитного поля катушки 1 с током на подвижный пермаллоевый лепесток 2, эксцентрично насаженный на оси 4. Противодействующий момент создаётся спиральной пружиной 3. В приборахэлектромагнитный системы измерительная катушка неподвижна и может быть выполнена более толстым проводом, поэтому эти приборы могут выдерживать большие перегрузки. Но зато они имеют невысокий класс точности. Вращающий момент представляет собой скорость изменения энергии W= О.5 L  I2 магнитного поля катушки при втягивании в неё ферромагнитного сердечника  Уравнение преобразования: α=  I2.. Под  этой формуле понимают индуктивность катушкиСледовательно, и угол α поворота подвижной части прибора пропорционален квадрату величины тока. Поэтому шкала прибора электромагнитной системы квадратичная. Приборы электромагнитной системы измеряют действующее значение величины тока и применяются как на постоянном, так и на переменном токе. Приборы электродинамической системы Принцип действия приборов электродинамической системы основан на взаимодействии двух катушек с токами.  Рис. 5.Электродинамический измерительный механизм: 1 – ось; 2 – пружинки; 3 – успокоитель; 4 – стрелка; А – неподвижная обмотка; Б – подвижная обмотка;; F – сила Лоренца Измерительные механизмы (ИМ) электродинамических измерительных приборов работают на принципе взаимодействия магнитных потоков двух катушек, по которым протекают токи. Измерительные механизмы состоят из пары катушек: неподвижной А и подвижной Б, соединенных последовательно. Подвижная катушка закреплена на оси вместе с указателем 4. Для подвода тока в подвижную катушку и создания противодействующего момента применяют спиральные пружинки 2. Уравнение преобразования: α =  I1 I2 ,В этой формуле: М - взаимная индуктивность двух катушек,  - угол сдвига между катушками, I1 и I2- токи первой и второй катушек.Достоинство электродинамических ИМ- высокая точность и возможность использования в цепях постоянного и переменного тока. Недостатки- малая чувствительность, сильное влияние внешних магнитных полей на показание ИМ, большая мощность потребления, ограниченный частотный диапазон (до 1,5 кГц). Электродинамические ИМ использкют в качестве амперметров, вольтметров и ваттметров в цепях постоянного и переменного тока промышленной частоты. Индукционные счетчики Предназначены для измерения активной энергии в трехфазных трех и четырех проводных цепях переменного тока частотой 50 Гц. Счетчики производят суммирование, хранение и отображение на дисплее количества потребленной электроэнергии в кВт*ч и в Вт текущих значений средних мощностей. Принцип работы индукционного счетчика . Счетное устройство в счетчике представлено вращающимся алюминиевым диском и цифровыми барабанами, отображающими показатели расхода электроэнергии в реальном времени. Принцип действия подобных устройств достаточно простой.  Рис.6. Измерительный механизм счетчика электроэнергии в виде двух вариантов монтажной схемы:1 - обмотка тока, 2 - обмотка напряжения, 3 - червячный механизм,, 4 - счетный механизм, 5 - алюминиевый диск, б - магнит для притормаживания диска. Система двух катушек 1и 2 с переменными токами создает вращающееся магнитное поле, т.к. потоки Ф1 и Ф2 действуют во взаимно перпендикулярных плоскостях. Такое поле индуцирует вихревые токи в алюминиевом диске 5, закрепленном на оси. Взаимодействие индуцированного тока с бегущим полем вызывает вращающий момент. Таким образом, возникает пропорция между полученным вращающим моментом и произведением двух магнитных потоков, возникающих в обмотках тока и напряжения, умноженных на синус сдвига фазы между ними. Нормальная работа индукционного электросчетчика возможна только при условии фазового сдвига, равного 90 градусам. Получается, что диск прибора вращается с частотой, пропорциональной активно потребляемой мощности. Поэтому непосредственный расход электроэнергии будет находиться в пропорции с количеством оборотов диска. Полученные данные о потреблении передаются на механическое счетное устройство 4 , ось которого связана с осью подвижного диска с помощью зубчатой передачи 3. Такая конструкция обеспечивает синхронное вращение обоих элементов: диска и оси счетного устройства.. Уравнение преобразования для ваттметра: α= к  . dt В этой формуле - сдвиг фаз между токами I1и I2.Таблица 1.1.Параметры измерительных механизмов
Примечание. Класс точности средств измерения - максимально допустимая основная приведенная погрешность, определяемая по формуле:  , где  Х- абсолютная погрешность ихмерения,Хmax и Хmin- максимально и минимально возможные показания прибора Контрольные вопросы Приведите определение измерительного прибора. Дайте определение стрелочных приборов. Укажите их конструктивные особенности и классификацию. Приведите уравнение преобразования для прибора: -магнитоэлектрической системы; -электромагнитной системы; -электродинамической системы; -индукционной. 4.Укажите измерительный механизм, обладающий : максимальной чувствительностью; высшим классом точности. |
