Файл: Попов В.С. Электрические измерения (с лабораторными работами) учебник.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.04.2024
Просмотров: 127
Скачиваний: 0
откуда |
|
|
|
или |
a = F ( I 1 |
/ I 2 ) . |
(2-8) |
Таким образом, угол поворота подвижной части опре |
|||
деляется отношением токов в рамках. |
, |
||
Измерительные |
механизмы |
без механического |
проти |
водействующего момента, угол поворота которых зависит от отношения токов, называются л о г о м е т р а м и.
Измерительные механизмы магнитоэлектрической си стемы, в которых используется сильное поле постоянного магнита, отличаются высокой 'чувствительностью к току (до 5 делений/мкА), малой мощностью потерь, малой чувствительностью к внешним магнитным полям.
Температура оказывает незначительное влияние на показание измерительного механизма, так как изменение модуля упругости материала пружин, вызванное изме нением температуры, частично компенсируется изменени ем магнитной индукции в воздушном зазоре, вызванном
изменением |
температуры |
магнита. |
|||||||
|
|
|
2-2. Э Л Е К Т Р О М А Г Н И Т Н А Я СИСТЕМА |
||||||
|
|
В электромагнитных измерительных механизмах пере |
|||||||
мещение подвижной |
части происходит.вследствие взаимо |
||||||||
действия магнитного по |
|
|
|||||||
ля, |
созданного |
|
непо |
|
|
||||
движной |
катушкой, |
с |
|
|
|||||
измеряемым |
током |
и |
|
|
|||||
одного или |
нескольких |
|
|
||||||
ферромагнитных сердеч |
|
|
|||||||
ников. |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Наибольшее |
распро |
|
|
||||
странение получили из |
|
|
|||||||
мерительные механизмы |
|
|
|||||||
с |
плоской |
|
(рис. 2-8) и |
|
|
||||
с |
круглой |
катушками |
|
|
|||||
(рис. 2-10). |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
Неподвижная |
|
часть |
Рис. |
2-8. Устройство электромагппт- |
|||
измерительного механи |
|||||||||
зма |
первого |
типа |
в |
ос |
ыого |
амперметра с плоской кату |
|||
|
шкой . |
||||||||
новном состоит |
из |
пло |
|
|
|||||
ской катушки А, |
магнита М и экрана Э. Подвижная часть |
||||||||
имеет ось |
В |
с укрепленными |
на ней стальным сердечни- |
53
ком Б, указательной стрелкой, концом спиральной пру жины и алюминиевым сектором Г успокоителя.
Измеряемый постоянный ток, проходя по катушке А, намагничивает сердечник В. Сила F (рис. 2-9), втягива ющая сердечник внутрь катушки, стремится переместить его в положение, при котором энергия магнитного поля Wu = LP/2 имеет наибольшее значение.
При повороте сердечника Б на угол da приращение энергии магнитного поля
сШм = d {LP 12) = (Р/2) dL.
Энергия вращательного движения, как известно из механики, определяется произведе нием вращающего момента М на угол поворота (da), т. е.
|
|
|
dW^Mda. |
|
|
|
||
|
|
|
Поэтому |
|
|
|
|
|
Ри с. 2-9. Расположе |
]\4 — |
dW |
- |
Р |
dL |
(2-9) |
||
м |
1 |
и |
||||||
da |
2 |
da' |
||||||
ние катушки и сер - |
|
|
|
|
|
|
||
дечлшка |
в |
электро |
Отношение |
dL/da |
|
есть |
скорость |
|
магнитном |
измери |
|
||||||
тельном |
механизме. |
изменения индуктивности |
катушки |
|||||
|
|
|
при повороте |
сердечника. |
Приняв |
|||
в первом приближении отношение dL/da |
|
постоянным, по |
||||||
лучим: |
|
|
М = к1Р. |
|
|
|
|
(2-10) |
|
|
|
|
|
|
|
Положение равновесия подвижной части определяется равенством моментов
М = М п р = Da,
откуда угол поворота,подвижной части
(2-11)
Таким образом, угол поворота а пропорционален квад рату тока, следовательно, шкала будет квадратичной (неравномерной.)
Выбором формы сердечника и его расположением относительно катушки можно получить различные зави симости dL/da = f (а). Обычно стремятся к тому, чтобы при малых токах отношение dL/da имело большие зна чения, а при больших токах — малые, вследствие чего
54
шкала будет |
близкой к • равномерной в ее рабочей части, |
т. е. от 20 до |
100% номинального значения. |
При прохождении по катушке переменного тока вра щающий момент
М = кгР
изменяется пропорционально квадрату мгновенного зна чения тока.
Вследствие значительного момента инерции подвия^- ной части и большого периода собственных колебаний угол
Ри с . 2-10. Устройство электромагнитного пзме рителышго механизма с круглой катушкой .
поворота ее будет определяться средним за период зна чением момента:
|
|
|
|
т |
|
т |
|
|
|
|
М с |
р = 1 |
^ М at = 1 |
^ kit* |
dt = kj\ |
||
|
|
г |
|
Ь |
v |
о- |
|
|
так |
как |
izdt = Г- (квадрату действующего значения |
||||||
~ |
||||||||
тока), |
а |
угол |
поворота |
|
|
|
||
|
|
|
a = |
MevlD |
= hJ*lD = |
k J i |
будет пропорционален квадрату действующего значения тока.
Измерительный механизм с круглой катушкой (рис. 2-10) имеет неподвижную катушку А, внутри которой
55
укреплен стальной сердечник NS. С наружной стороны катушка закрыта стальным экраном Э, уменьшающим влияние внешнего магнитного поля. Подвижная часть имеет ось и укрепленные на ней сердечник N'S', указа тельную стрелку, спиральную пружину, алюминиевый сектор Г мапштоиндукционного успокоителя и проти вовес 17, уравновешивающий подвижную часть. При про хождении по катушке измеряемого тока сердечники намаг
ничиваются одшшмепно |
и отталкиваются |
друг |
от |
друга, |
||||||
|
|
|
|
так что на подвижную |
|
часть |
||||
|
|
|
|
действует |
вращающий |
мо |
||||
|
|
|
|
мент. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сказанное выше о зависи |
||||||
|
|
|
|
мости между измеряемым то |
||||||
|
|
|
|
ком и |
углом |
поворота |
по |
|||
|
|
|
|
движной части для механизма |
||||||
|
|
|
|
с плоской катушкой в оди |
||||||
|
|
|
|
наковой мере относится и к |
||||||
|
|
|
|
механизму |
с |
круглой |
|
кату |
||
|
|
|
|
шкой. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Электромагнитный |
|
лого- |
||||
|
|
|
|
метр — это |
измерительный |
|||||
Р и с . 2-11. Измерительный |
ме |
механизм |
с двумя |
неподвиж |
||||||
ханизм |
логометра |
электромаг |
ными |
катушками |
и |
двумя |
||||
|
нитной системы. |
|
сердечниками, укрепленными |
|||||||
|
|
|
|
на оси (рис. 2-11). |
|
|
||||
На |
каждый |
из сердечников |
действует вращающий |
момент, значение которого зависит от квадрата тока соот ветствующей катушки и угла поворота подвижной части, а знак момента — от знака производной dLlda. Для того чтобы получить вращающие моменты противоположных знаков, сердечники укрепляют на оси так (рис. 2-11), что при увеличении угла а индуктивность одной из катушек увеличивается (dL > 0), а другой уменьшается (dL < 0).
При измерении подвижная часть устанавливается в том положении, при котором моменты уравновешивают друг
друга, т. е. |
|
Мх = Мг |
или i j / i ( a ) := /2/ 2 ( а ) , |
откуда |
|
/ |
I |
или |
(2-12) |
|
56
следовательно, угол поворота подвижной части определя ется отношением квадратов токов в катушках логометра. Электромагнитные логометры применяются для измерения
емкости, сдвига |
фаз (§ 10-2) и частоты переменного |
тока |
(§ Ю-5). |
|
|
Показания |
электромагнитных" измерительных |
меха |
низмов при нарастающих значениях постоянного тока меньше, чем при убывающих, на 2—3% вследствие влия ния остаточной индукции сердечника. Применение сортов стали или сплавов с малой остаточной индукцией (пермал лой) приводит к значитель ному уменьшению этой по грешности, давая возмож ность получить приборы клас
сов точности 0,5 и 0,2.
При переменном токе в ме таллических частях и сердеч-
^ 0 |
Фв |
|
i: Г У * |
||
|
||
б) |
|
Р а с . 2-12. Устройство астатического измерительного меха низма электромагнитного прибора (а) и расположение маг нитных полей (б).
пике возникают вихревые токи, размагничивающие послед ний, вследствие чего показания прибора уменьшаются. Эта погрешность от частоты, незначительная при / = 50 Гц, возрастает с ее увеличением.
Магнитное поле электромагнитного прибора характери зуется небольшой индукцией, вследствие чего дополни тельная погрешность от внешнего магнитного поля может быть значительной, что следует иметь в виду при уста новке прибора. Для уменьшения этой погрешности при меняют стальные экраны (рис. 2-10) или прибегают к так называемому астатированию.
В астатическом измерительном механизме (рис. 2-12) имеются две одинаковые катушки, соединенные последо вательно. Магнитные поля катушек, созданные измеряемым током, направлены противоположно, а поворот подвижной части вызывается моментами одного направления, прило-
57
женными к двум сердечникам, укрепленным на оси при бора.
Внешнее однородное поле, уменьшая вращающий мо мент, действующий на один сердечник, на столько же уве личивает вращающий момент, действующий на второй сердечник.
2-3. Э Л Е К Т Р О Д И Н А М И Ч Е С К А Я СИСТЕМА
В измерительных механизмах электродинамической системы перемещение подвижной части происходит вслед
ствие электродинамического взаимодействия между тока-
Рис. 2-13. Схема устройства |
Рис. 2-14. Устройство нзме- |
|
измерительного механизма |
рителыюго механизма элек- |
|
электродпиамической |
си- |
тродинамической системы, |
стемы. |
|
|
2-14) состоит из неподвижной 1 и подвижной 2 катушек. На оси, кроме катушки 2, крепятся указательная стрелка, крыло воздушного успокоителя и концы двух спиральных пружин для подвода тока к катушке.
58