Электрические измерительные приборы
Электрические измерительные приборы – необходимые элементы электрических цепей при контроле режимов работы электрооборудования, учете электроэнергии, при экспериментальном исследовании электриче- ских цепей, при получении достоверной информации для систем автома- тического управления.
Электрические измерительные приборы измеряют как электрические величины (ток, напряжение, мощность, cos, частоту, электрическую
энергию и т.д.), так и неэлектрические величины (температуру, давление и др.).
Электрические измерительные приборы отличаются высокой чувст- вительностью, простой конструкцией и надежностью. Показания электри- ческих измерительных приборов относительно просто передавать на даль- ние расстояния (телеизмерения) при автоматизации и управлении техноло- гическими процессами.
Недостатком электрических измерительных приборов является не- возможность их применения во взрывоопасных и пожароопасных помеще- ниях.
Системы электрических измерительных приборов
Электрический измерительный прибор состоит из подвижной и не- подвижной частей. По перемещению подвижной части измеряют значения измеряемых величин.
В зависимости от принципа действия различают системы: магнито- электрическую, электромагнитную, электродинамическую, тепловую, ин- дукционную и др.
В таблице 5.1 приведены условные обозначения наиболее широко применяемых систем приборов. Эти обозначения и другие важнейшие ха- рактеристики приборов указываются на лицевой панели электрических из- мерительных приборов (рисунок 5.1).
Таблица 5.1 – Системы электрических измерительных приборов и их условные обозначения
| Система прибора | Обозначение |
| Магнитоэлектрическая Электромагнитная Электродинамическая Тепловая Индукционная |
|
Работа приборов магнитоэлектрической системы основана на взаи- модействии поля постоянного магнита и подвижной катушки.
На рисунке 5.2 схематически показана основная часть магнитоэлек- трического измерительного механизма: подвижная катушка, рас- положенная в сильном равномерном радиальном магнитном поле.
Категория защиты
от внешних магнитных полей
Положение прибора
Род измеряемой величины
100 150
мА
М-320
Система прибора
200
Напряжение, которым испытывалась изоляция прибора
Класс
4-84г.
ЗИП
1,5
2 кВ
ГОСТ 8711-60
точности
Заводской номер
Дата выпуска
Род измеряемого тока
постоянный переменный трехфазный
Номер ГОСТ, которому соответствуют электрические характеристики прибора
Рисунок 5.1 – Шкала измерительного прибора
Подвижная катушка из тонкого медного или алюминиевого провода намотана на каркас (или без него). На оси подвижной части прибора укре- плена стрелка, конец которой перемещается по шкале электрического из- мерительного прибора.
При протекании по катушке электрического тока согласно закону
Ампера возникают силы F, стремящиеся повернуть катушку. При равен-
стве вращающего останавливается.
Мвр
и противодействующего
Мпр
моментов катушка
О 1 О 2
Рисунок 5.2 – Подвижная катушка в радиальном магнитном поле
Для создания противодействующего момента для подвода тока в катушку служат две спирали.
Мпр
и одновременно
Общее выражение для вращающего момента имеет вид:
| М вр = dW / d a | (5.1) |
где W – энергия электромагнитного поля, сосредоточенная в изме-
рительном механизме;
– угол поворота подвижной части.
Энергия электромагнитного поля W
равна работе
A по перемеще-
нию активной части провода катушки в постоянном магнитном поле с ин- дукцией B.
Согласно закону Ампера сила F, действующая на активную часть
провода катушки при протекании по ней тока I равны
| F = I × B × l sin j | (5.2) |
где – угол между направлением тока в активной части провода и индук- цией магнитного поля;
l – длина активной части катушки.
В нашем случае =p / 2, sin j = 1. Следовательно, работа по пере- мещению двух активных частей провода катушки, перпендикулярных плоскости чертежа (рисунок 5.2), равна
| A = W = 2 × F × x = 2 I × B × l × r ×a, | (5.3) |
где
х = r ×
– длина траектории активной части провода;
r – радиус траектории;
– угол поворота катушки.
Подставляя (5.3) в (5.1) получаем
Мвр
= dW
d a
= 2 I × B × l × r.
Так как противодействующий момент M пр создается упругими эле-
ментами, то для установившегося режима
W a = 2 I × B × l × r,
Мпр
= М вр
или
где W
– удельный противодействующий момент, зависящий от свойств упругого элемента.
Следовательно, угол поворота катушки пропорционален току I
| a = 2 B × l × r × I = S × I, W | (5.4) |
где S – чувствительность измерительного механизма.
Как видно из (5.4) при перемене направления тока в катушке меняет- ся на обратное и направление отклонения подвижной части и указателя (стрелки).
Для получения отклонения указателя в нужную сторону необходимо при включении прибора соблюдать указанную на приборе полярность.
Достоинства приборов магнитоэлектрической системы: высокая чув- ствительность к измеряемой величине, высокая точность (класс точности до 0,05, малое потребление мощности, малая чувствительность к внешним магнитным полям). Недостаток – возможность применения только в цепях постоянного тока.
В приборах электромагнитной системы в неподвижной катушке, по которой протекает измеряемый ток, создается магнитное поле, в которое втягивается, поворачиваясь на оси, ферромагнитный сердечник, намагни- чиваемый этим же полем. Причем втягивание происходит как при посто- янном, так и при переменном магнитном поле, а угол поворота пропор- ционален квадрату силы измеряемого тока. Поэтому:
а) приборы электромагнитной системы могут применяться в цепях постоянного и переменного тока;
б) шкала прибора неравномерна, сильно сжата в начальной части. Достоинства электрических измерительных приборов электромаг-
нитной системы: простота и надежность конструкции, небольшое потреб- ление мощности.
Недостатки: невысокая чувствительность к измеряемой величине, относительно низкая точность (класс точности до 1.0), большая чувстви- тельность к внешним магнитным полям.
Если противодействующий момент создается с помощью упругих элементов, то для режима установившегося отклонения
| M = W a и a = 1 × I 2 × dL. 2 W d a | 5.5) |