ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.04.2024
Просмотров: 196
Скачиваний: 4
Из сравнения формул (82) и (83) видно, что рассуждения о харак тере шкалы для амперметра с последовательным включением кату шек применимы и для амперметров с параллельным их включением.
Электродинамические амперметры выпускаются чаще всего на два предела измерения. Изменение пределов производится путем включения неподвижных катушек последовательно и параллельно. Для расширения пределов измерения используются измерительные трансформаторы тока.
Имеются электродинамические амперметры со встроенными внутри транс форматорами тока (ИTT). В качестве примера такого прибора можно указать на амперметр типа Д533 на 9 пределов измерения от 0,1 до 50 А, экранирован
ный, |
класса точности |
0,2. |
Прибор имеет номинальную область частот от 45 до |
65 Гц |
и расширенную |
от |
90 до 500 Гц. |
У электродинамических вольтметров неподвижные и подвижная катушки и добавочное сопротивление включаются последовательно (рис. 7ß, в).
Для компенсации температурной погрешности, как и в электро магнитных вольтметрах, отношение добавочного сопротивления из манганина к сопротивлению катушек из меди не должно быть меньше заданной величины, определяемой допустимой величиной темпера турной погрешности. С уменьшением предела измерения величина добавочного сопротивления будет уменьшаться, поэтому для того, чтобы сохранить неизменным указанцое отношение, надо уменьшить и сопротивление катушек. Это потребует при условии сохранения величины вращающего момента увеличения номинального тока.
Например, в электродинамических вольтметрах типа Д523 класса точности 0,5 ток полного отклонения на пределе 1,5 В составляет 37,5 мА, а от предела 75 В и выше — 3 мА. Частотная погрешность, возникающая вследствие изме нения индуктивного сопротивления вольтметра с изменением частоты (измене ние активного сопротивления до частот в несколько тысяч герц незначительно), может быть скомпенсирована при помощи шунтирования части добавочного сопротивления емкостью.
Для электродинамического вольтметра І1 — І2 = ~ где U —
измеряемое напряжение; Z — полное сопротивление цепи вольт метра.
При выполнении условий компенсации температурной и частот ной погрешностей можно считать, что Z = const, и тогда, пользуясь рассуждениями, приведенными для электродинамических ампер
метров, |
можно написать |
|
|
0 0 W |
da ' |
где с3 |
= . |
|
Формула (84) аналогична выражениям (82) и (83), и, следова тельно, все рассуждения, приведенные выше относительно харак тера шкалы электродинамических амперметров, применимы и к элек тродинамическим вольтметрам.
134
Эдектродіталигчсскіге вольтметры выпускаются обычно на несколько пре делов. В качестве примера, электродинамических вольтметров можно указать на прибор типа Д567. Прибор астатический, на растяжках, со световым отсче том, класса точности 0,5, семппредельныіг от 15 до 600 В, предназначен для измерений н цепях постоянного и переменного тока, номинальная область ча стот 45—2500 Гц, расширенная область частот 2500—5000 Гц. .
Основная область применения электродинамических ампермет ров и вольтметров — точные измерения в цепях переменного тока, чаще всего в диапазоне частот от 45—50 Гц до нескольких сотен или тысяч герц.
Их применяют также в качестве образцовых при поверке п гра дуировке других приборов, а иногда и для измерений в цепях посто янного тока.
Ферродинамические амперметры и вольтметры. Ферродинамические амперметры и вольтметры имеют в принципе такие же схемы включения неподвижных и подвижных катушек, как и соответст вующие электродинамические приборы (рис. 76). Некоторая разница может быть лишь в элементах схем, предназначенных для компен сации погрешностей. Так же как и у электродинамических приборов, угол отклонения подвижной части ферродинамических ампермет ров и вольтметров пропорционален соответственно квадрату изме ряемого тока или напряжения.
Для амперметров квадратичная шкала является нежелательной. Обычно в процессе измерений нагрузка, а следовательно, и ток могут меняться в широких пределах, т. е. вся шкала является рабочей. Для улучшения характера шкалы рабочий воздушной зазор делается неравномерным. Закон изменения зазора выбирается таким, чтобы по мере отклонения подвижной части индукция в зазоре уменьши лась. Это позволяет приблизить шкалу к равномерной.
Ферродинамические вольтметры применяются главным образом как стационарные приборы относительно малой точности. В боль шинстве случаев они измеряют номинальное напряжение сети и отклонение напряжения от номинального значения. Поэтому квад ратичная шкала, сжатая в начале и растянутая в конце, для этих уелвий является даже предпочтительнее равномерной.
Ферродинамические приборы, кроме температурной и частотной погрешностей, имеют еще специфические погрешности, вызванные наличием сердечника. К ним относятся погрешности от нелиней ности кривой намагничивания, от потерь в материале магнитопровода и от гистерезиса.
Первые две погрешности для амперметров и вольтметров можно учесть при градуировке. Их компенсация посредством специальных схем требуется только для ваттметров (см. § 20).
Погрешность от гистерезиса проявляется только в том случае, если измерения или градуировка производятся в цепях постоянного тока. Для уменьшения этой погрешности магнитопроводы изготов ляют из материалов с малой коэрцитивной силой.
Ферродинамические амперметры и вольтметры имеют в ряде случаев несколько пределов измерения. При создании приборов
135
с несколькими пределами измерения, а также для расширения пре делов измерения применяются те же способы, что и для электроди намических приборов.
|
Примером выпускаемых в настоящее время нашей промышлеЕіностыо фер- |
|||||||||||
родипамических приборов является вольтамперметр типа Д128 |
класса |
точно |
||||||||||
сти |
1,0, на |
8 пределов "измерения (по току от 2,5 до 50А, по напряжению |
от 30 |
|||||||||
до 450 В), на номинальную частоту 50 Гц, тряско- и впбропрочный. |
|
|||||||||||
Основная область |
применения |
ферродинамических |
|
ампермет |
||||||||
ров и вольтметров — измерение |
в цепях |
переменного тока частотой |
||||||||||
50 |
Гц в |
условиях |
механических воздействий |
(тряска, |
вибрации, |
|||||||
|
|
|
|
удары) |
при |
классе |
точности |
приборов |
||||
Î0- л. |
|
ірг^ 1,5—2,5. Ферродинамические измеритель- |
||||||||||
Внутренний |
' |
ные механизмы |
широко применяют также |
|||||||||
|
Т |
экран |
|
в самопишущих |
приборах. |
|
|
|
||||
3 0- |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
Электростатические вольтметры. Схемы |
||||||||||
20- |
1 |
|
|
включения |
электростатических |
вольтмет |
||||||
|
|
ров обладают |
некоторыми особенностями. |
|||||||||
|
|
|
|
У вольтметров на низкие пределы изме |
||||||||
Рис . 77. Схема электроста |
рения воздушный зазор между пластинами |
|||||||||||
тического |
вольтметра |
на |
очень |
мал, |
поэтому |
возникает |
опасность |
|||||
|
низкие |
н а п р я ж е н и я |
|
короткого |
замыкания |
пластин, |
а следова |
|||||
|
|
|
|
тельно, и сети при случайных ударах, тряс ке и т. п. Для исключения этой опасности внутрь вольтметра встраи вается защитное сопротивление и прибор включается в сеть посред ством зажимов 1 и 2 (рис. 77). При повышении частоты до нескольких
а) |
б) |
в) |
-0 U 0- |
|
|
|
|
|
|
|
- C Z H |
Рис . 78. |
Схемы расширения пределов электростатических |
||
|
|
вольтметров |
|
сотен килогерц защитное сопротивление во избежание дополни тельной погрешности должно быть выключено, т. е. прибор вклю чается в сеть через зажимы 1 и «экран» Э. При измерениях в несим метричных цепях, особенно при повышенных частотах, заземляю щий провод обязательно подключается к зажиму, соединенному с внутренним экраном прибора (зажимы Э или 2). При измерениях на высокой частоте длина соединительных проводов во избежание дополнительной погрешности должна быть возможно меньше.
Расширение пределов измерения электростатических вольтметров на пе ременном токе может быть достигнуто при помощи включения добавочных кон денсаторов (рис. 78, а) или емкостных делителей н а п р я ж е н и я (рис. 78, б), а на постоянном токе — посредством делителей напряжения из проволочных или
136
непроволочных сопротивлений і\ и г2 (рис. 78, в). |
Д л я изображенной на рис. 78, а |
||
схемы можно написать |
|
|
|
Собственная |
емкость вольтметра Сѵ |
не остается постоянной, а изменяется |
|
в соответствии с |
поворотом подвижной |
части. |
Кроме того, эта формула дана |
в предположении, что конденсаторы являются идеальными. В действитель ности они обладают потерями, зависящими от частоты. Поэтому погрешности измерений при включении вольтметра через добавочную емкость существенно возрастают. Их можно значительно уменьшить, применяя для каждой добавоч ной емкости свою шкалу .
Рис. 79. |
Схема |
устройства |
измери |
|
Рис. 80. Вид шкалы вибра |
тельного |
механизма вибрационного |
|
ционного гальванометра |
||
гальванометра с подвижным маг |
|
|
|||
|
|
нитом |
|
|
|
Д л я схемы с |
емкостным |
делителем |
напряжения (рис. 78, б) имеем |
||
|
|
U Ѵ — U C1+ |
C2 |
+ GV |
|
|
|
|
|
С |
і |
Если выбрать емкости так, чтобы С2 !> Сѵ, то отношение напряжений — измеряемого и па вольтметре — остается постоянным для всех значений изме ряемого напряжения . В этом случае включение емкостного делителя напряже ния не будет искажать шкалу вольтметра.
В настоящее время промышленность выпускает около 10 различных типов электростатических вольтметров с широким диапазоном пределов измерений (от 10 В до 300 кВ) . Все этл приборы отличаются малыші частотными погреш ностями, что позволяет их применять на частотах от 20 Гц до единиц и десятков мегагерц и малым собственным потреблением мощности. Последнее позволяет их с успехом использовать для измерений в цепях малой мощности, в том числе и на постоянном токе.
Вибрационный гальванометр. Рассмотрим вопрос измерения малых пере менных токов и напряжений магнитоэлектрическими электромеханическими приборами без преобразователей переменного тока в постоянный. Примером является вибрационный гальванометр, который используется прежде всего в качестве нуль-пндикатора в цепях переменного тока в диапазоне частот от нескольких десятков до нескольких сотен герц. Наибольшее применение имеют
137
магнитоэлектрические вибрационные гальванометры с подвижным магнитом. Устройство измерительного механизма такого прибора схематически показано на рис. 79. Здесь подвижный магнит 2 расположен между полюсами: Ш-образ- ного электромагнита 6', обмотка 7 которого включена в цепь измеряемого пере менного тока. Подвижный магнит укреплен на растяжках 3 и 1. Перпендику лярно полюсам электромагнита расположены еще два полюса 4 и в, между вы ступающими частями которых помещен поворотный постоянный магнит 5. Поворотом этого магнита можно изменить величину магнитного потока между полюсами 4 ц 6'. Таким образом, в рассматриваемом приборе противодействую щий момент создается растяжками и постоянным магнитом 5. При отсутствии тока в обмотке 7 подвижный магнит 2 устанавливается вдоль линий поля в за зоре. При наличии переменного тока в обмотке катушки подвижный магнит 2 стремится установиться вдоль результирующей двух полей — постоянного и неременного и начинает колебаться. Вместе с магнитом 2 будет колебаться и зеркальце 8, закрепленпое на растяжке и используемое для оптического ука зателя. Зеркальце освещается лампочкой, помещаемой внутрь прибора, а отра жение от него в виде световой полоски попадает на прозрачную шкалу (рис. 80). При колебании подвижной части гальванометра световая полоса на пікале будет совершать поступательно-возвратное движение и благодаря способности наблю дателя сохранять некоторое время зрительное впечатление воспринятая глазом полоса будет казаться наблюдателю расширенной. Меняя посредством выве денной н а р у ж у ручки положение магнита в (рис. 79), можно настраивать вибра ционный гальванометр на резонанс между частотой собственных колебаний подвижной части, зависящей от величины противодействующего момента, н частотой переменного тока в обмотке катушки . При резонансе ширина наблю даемой полосы будет наибольшей. Обычно вибрационные гальванометры строят на частоты порядка 30—100 Гц с ценой деления, равной 10~7 —10"" А.
19. Измерение параметров электрических цепей электромеханическими приборами
Общие сведения. Измерение параметров электрических цепей — сопротивлений, емкостей, индуктпвностей, взаимных индуктпвно стей — может быть выполнено различными методами и приборами. Выбор того или иного из них определяется конкретными условиями задачи — ожидаемым значением измеряемой величины, требуемой точностью, имеющейся в распоряжении экспериментатора аппара турой и т. п.
Для точных измерений (с погрешностью менее 1—1,5%) исполь зуют в основном мосты и компенсаторы (гл. 6); для более грубых измерений применяют электромеханические приборы.
При этом используют или приборы, градуированные в единицах измеряемой величины (омметры, фарадметры), или специальные измерительные схемы, содержащие несколько приборов другого назначения, по показаниям которых можно подсчитать измеряемую величину. Например, включив в цепь измеряемого сопротивления амперметр и вольтметр, можно по их показаниям подсчитать это сопротивление.
Омметры. Если в схемах, представленных на рис. 81, в качестве измерителя 1 использовать магнитоэлектрический миллиамперметр, то при соблюдении условия U = const показания будут определяться величиной сопротивления гх, т. е. шкалу можно отградуировать в омах.
138