Файл: Быков М.А. Электрические измерения электрических величин [учеб. пособие].pdf

При неравномерной шкале чувствительность прибора ме­ няется от точки к точке. На рисунке кривая 2 представляет зависимость S=/(a ) для прибора электродинамической систе­ мы, имеющего неравномерную шкалу.

В зависимости от измеряемой величины различают чувст­ вительности по току, напряжению, мощности:

называется иначе «ценой деления». Она показывает, какое зна­ чение измеряемой величины следует подвести к прибору, что­

Расчет показывает, что первый амперметр имеет низкую чув­ ствительность и вообще не в состоянии измерить ток сущест­ венно меньше 0,5 а, но точность его в рабочем диапазоне до­

72

Собственная потребляемая мощность приборов

Работа измерительного прибора часто сопровождается по­ треблением мощности от источника питания электрической схемы. Величина потребляемой мощности имеет существенное значение по следующим причинам.

1. Включение в электрическую цепь измерительного при­ бора, потребляющего большую мощность, вызовет изменение

2. Большая потребляемая мощность приводит к нагрева­ нию прибора. Во избежание перегрева приходится интенсивнее охлаждать поверхность, а также увеличивать габариты шун­ тов, добавочных сопротивлений, измерительных трансформа­ торов, что удорожает схему и делает ее более громоздкой.

Таким образам, малое собственное потребление мощности измерительным прибором является его определенным метро­ логическим достоинствам. В зависимости от конструкции (си­ стемы) прибора и пределов измерения собственная потребля­ емая мощность приборов непосредственной оценки колеблется в широких пределах —от сотых и тысячных долей ватта до де­ сятков ватт. В каждом конкретном случае она рассчитывается по номинальному значению шкалы прибора и его внутреннему сопротивлению.

73

екая, ферродинамичеокая и индукционная системы. Условные обозначения основных систем приведены в табл. I I I - 1 . Магни­ тоэлектрические приборы, сами по себе пригодные для измере­ ний только в цѳпях*посточнного тока, применяются с различ­ ными преобразователями переменного тока в пропорциональ­ ный ему постоянный, что позволяет использовать эти приборы в цепях переменного тока. Поскольку наличие преобразова­ телей существенно изменяет свойства прибора в целом, магни­ тоэлектрические приборы с преобразователями выделены в особые системы: выпрямительную, термоэлектрическую и электронную. Ниже рассматриваются устройство и измери­ тельные свойства основных систем электроизмерительных приборов.

Приборы магнитоэлектрической системы

Работа магнитоэлектрического измерительного механизма основана на взаимодействии магнитного поля постоянного магнита с током, протекающим по обмотке подвижной катуш­ ки, называемой иначе «рамкой» прибора.

Как известно, на проводник с током, помещенный в маг­ нитное поле, действует механическая сила, направление кото­ рой можно определить, пользуясь правилом левой руки.

Если в магнитное поле помещена катушка, укрепленная на подвижной оси, на нее будет действовать пара сил, создаю­ щая вращающий момент. Будем считать размеры и геометри­ ческую форму катушки заданными в соответствии с обозначе­ ниями, принятыми на рис. 111 -10 а, б.

Здесь /—длина активной стороны одного витка; Ь—ширина витка;

w—количество витков в катушке.

Рис . III-10

74

Определим силу F, действующую на каждую активную сто­ рону рамки, если ток в раміке / и индукция магнитного поля постоянного магнита В. Из курса электротехники известна формула, связывающая эти величины,

Для получения линейной зависимости между током / и си­ лой F необходимо создание равномерно радиального поля в воздушном зазоре магнитной системы прибора. Для этого при­ нимаются специальные меры: полюсные наконечники / по­ стоянного магнита, изображенные на рис. 111-10, б, имеют ци­ линдрическую расточку, а внутри свободно вращающейся ка­ тушки 2 располагается неподвижный цилиндрический сердеч­ ник 3 из магнитомягкого материала. В такой конструкции век­ торы тока и индукции магнитного поля всегда взаимно пер­ пендикулярны и, следовательно, sin(ß/) = l . Тогда формула ( 111-8) примет вид

F = BIlw.

Вращающий момент, действующий на каждую сторону рамки, равен произведению силы F, перпендикулярной к стороне рам-

Ь

ки, на плечо -^, а вращающий момент для пары сил

Мвр = 2F А - F b = В I I w b = BISw,

где S = l-b—площадь одного витка рамки.

Противодействующий момент создается в приборе с по­ мощью спиральных пружинок, рассмотренных ранее, и в соот­ ветствии с формулой (ПІ-3) равен

Мпр = Wa,

где а—угол поворота подвижной части; W—удельный момент закручивания пружинок.

Система уравновешена, когда вращающий и противодейст­ вующий момент равны

Мвр = Мпр или В1 Sw = а W.

Решив уравнение относительно угла а, на который откло­ нится рамка при протекании тока /, получим

BSw ,

Здесь В, S, w, W для данного прибора — величины постоян­ ные, определяющие его чувствительность S,,

BSw

75

го механизма магнитоэлектрической системы изображена на рис. 111-11, где / — сильный постоянный магнит; 2 — полюсные

магнитного поля в воздушном зазо-ре между полюсными нако­

индукцию магнитного поля в воздушном зазоре. При измене­ нии положения магнитного шунта относительно полюсных на­ конечников, большая или меньшая часть магнитного потока замыкается через шунт, изменяя тем самым магнитный поток в зазоре; 7—магнитопровод из магнитомягкого металла.

к

Рис.

Вкачестве успокоителя в приборах магнитоэлектрической системы используется каркас подвижной катушки 3.

Магнитная система является одним из основных элементов механизма. Устройство ее в современных конструкциях весьма разнообразно. На смену применявшимся ранее постоянным магнитам исключительно подковообразной формы пришли магниты новых форм, позволившие значительно уменьшить габариты приборов.

76

Современные магниты изготовляются в основном из никельалюминийкобальтовых сталей, обладающих значительно большей удельной магнитной энергией, чем применявшиеся раньше вольфрамовые стали: индукция в зазоре современных приборов в два-три раза больше, чем в приборах старых кон­ струкций.

выпускаются магнитоэлектрические приборы всех классов точ­ ности, до самого высокого, т. е. 0,05.

Шкала магнитоэлектрических приборов равномерна благо­ даря прямой пропорциональности между током и углом от­ клонения подвижной части механизма (что непосредственно следует из формулы (III-9).

Чувствительность магнитоэлектрических приборов постоян­ на по всей шкале, что тоже следует из уравнения (III-9), и мо­ жет быть очень высокой. В гальванометрах этой системы чувствительность достигает 1010'—1012 мм/а. Получение столь высокой чувствительности достижимо благодаря возможности создавать в приборе сильное магнитное поле. Так, например, специальные магнитные сплавы обеспечивают индукцию маг­ нитного поля в зазоре порядка 0,5 тл.

Благодаря собственному сильному магнитному полю при­ боры магнитоэлектрической системы в значительно меньшей степени подвержены влиянию внешних магнитных полей, чем приборы непосредственной оценки других систем.

Расход мощности в магнитоэлектрических измерительных механизмах весьма незначителен, что является их достоинст­ вом; в амперметрах он составляет обычно доли ватта, в вольт­ метрах не превышает 1 —1,5 вт. Приборы магнитоэлектриче­ ской системы пригодны для работы только на постоянном токе и это существенно ограничивает область их применения.

Присоединяя прибор к цепи постоянного тока, следует соб­ людать полярность включения, т. е. обеспечить вполне опреде­ ленное направление тока в рамке. В противном случае стрелка отклонится влево от нуля, что исключает возможность изме­ рения. Для правильного включения на приборе у правого за­ жима (если смотреть на прибор со стороны шкалы) ставится знак + ; этим зажимом прибор присоединяется к положитель­ ному полюсу источника электроэнергии.

Если же магнитоэлектрический прибор включить в цепь синусоидального тока, стрелка его останется вблизи от нуле­ вого положения. Подвижная часть измерительного механизма, обладая определенной инерционностью, не успевает следовать за мгновенным изменением переменного тока и реагирует на

77