Лабораторная работа №1.
«Электрические измерения и приборы»
Цель работы
Целью работы является изучение устройство и правила работы с электроизмерительными приборами; экспериментальная проверка основных законов электрической цепи постоянного тока.
Оборудование (материалы)
При выполнении лабораторной работы использовали следующие оборудование: измерительный комплект К-505, электроизмерительные приборы стенда «Основы электроники и электрические цепи», цифровые мультиметры МУ64 и DT 890 D, батарею химических элементов, катушки индуктивности.
Общие сведения из теории
Для наблюдения за режимом работы электрооборудования и учета электроэнергии, вырабатываемой генераторами и потребляемой приемниками, в электрические цепи включают различные измерительные приборы. Эти приборы измеряют ток, напряжение, мощность, частоту, электрическую энергию и т. д.
Некоторые электроизмерительные приборы применяют для определения состояния электрооборудования (контроль изоляции, измерение сопротивлений).
Приборы для электрических измерений отличаются высокой чувствительностью, большой точностью, простотой и надежностью. Благодаря этому электроизмерительные приборы в настоящее время используют для измерения многих неэлектрических величин (например, измерения деформации изделия, его толщины, температуры и т. п.), для контроля и автоматизации различных производственных процессов, а также при экспериментальных исследованиях в различных отраслях науки и техники.
В электротехнической практике наиболее широкое распространение получили измерительные приборы непосредственной оценки (прямого отсчета). По принципу действия различают следующие системы электроизмерительных приборов: магнитоэлектрическую, электромагнитную, электродинамическую, индукционную и др.
Приборы магнитоэлектрической системы
Подвижная часть измерительного механизма прибора магнитоэлектрической системы перемещается вследствие взаимодействия магнитного поля постоянного магнита и проводника с током (см. рисунок 1.1). При протекании по виткам рамки тока возникают силы, образующие вращающий момент. Направление вращающего момента (определяемое правилом левой руки) изменяется при изменении направления тока. Ток к рамке подводится через пружинки или растяжки, создающие противодействующий вращающий механический момент. Под действием обоих моментов рамка перемещается на угол, пропорциональный силе тока в рамке. Непосредственно через обмотку рамки можно пропускать только небольшие токи силой от нескольких мкА до десятков мА, чтобы не перегреть обмотки и растяжки.
| 1 – постоянный магнит; 2 – магнитопровод; 3 – полюсные наконечники; 4 – подвижная рамка; 5 – сердечник; 6 – магнитный шунт для регулировки чувствительности прибора; 7 – растяжки; 8 – опоры; 9 – стрелка-указатель. |
Рисунок 1.1 – Схема устройства магнитоэлектрического прибора.
Приборы электромагнитной системы
Принцип действия электромагнитных приборов основан на втягивании стального сердечника в неподвижную обмотку с током. Неподвижный элемент прибора – обмотка 1, выполненная из изолированной проволоки, включается в электрическую цепь (см. рисунок 1.2).
| 1 – обмотка; 2 – стальной сердечник; 3 – указательная стрелка; 4 – спиральная пружинка; 5 – поршень успокоителя; 6 – успокоитель |
Рисунок 1.2 – Устройство электроизмерительного прибора
электромагнитной системы.
Подвижный элемент – стальной сердечник 2, имеющий форму лепестка, эксцентрично укреплен на оси О. С этой же осью жестко соединены указательная стрелка 3, спиральная пружинка 4, обеспечивающая противодействующий момент, и поршень 5 успокоителя 6. Ток I в витках обмотки 1 образует магнитный поток, сердечник 2 намагничивается и втягивается в обмотку. При этом ось О поворачивается и стрелка прибора отклоняется на угол α.
Достоинства проборов электромагнитной системы: простота конструкции, пригодность для измерения в цепях постоянного и переменного тока, надежность в эксплуатации.
К недостаткам относятся неравномерность шкалы, влияние посторонних магнитных полей на точность показаний. Последнее обусловлено тем, что магнитное поле обмотки расположено в воздушной среде и поэтому его магнитная индукция невелика.
Для ослабления влияния посторонних магнитных полей в некоторых приборах на оси подвижной части (см. рисунок 1.3) укреплены два одинаковых сердечника, каждый из которых размещен в магнитном поле соответствующей обмотки (1 и 2), которые включены между собой последовательно.
Рисунок 1.3 – Устройство астатического прибора электромагнитной системы
Направление намотки обмоток выполнено так, что их магнитные поля Ф1 и Ф2 направлены в противоположные стороны. Моменты, созданные магнитными полями каждой обмотки, действуют на ось согласно М пр1 + М пр2 = М пр . Постороннее магнитное поле Фвн ослабляет поток Ф1, нo усиливает поток Ф2 . В результате общий вращающий момент М вр остается неизменным и зависит от измеряемого тока I.
Приборы такой конструкции называются астатическими. Для уменьшения погрешности измерений, вносимой посторонними магнитными полями, некоторые приборы экранируют, помещая их в стальные корпуса.