• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Міри електричних величин

За родом фізичної величини найбільшого поширення в практиці вимірювання знайшли такі міри:

міри електричного опору — вимірювальні котушки опору (однозначні) і магазини опорів (багатозначні);

міри індуктивності та взаємної індуктивності, що називають вимірювальними котушками індуктивності та взаємної індуктивності, випускаються з класами точності від0,5 до0,05;

вимірювальні конденсатори як однозначні міри ємності та магазини конденсаторів як багатозначні міри. Зокрема, вимірювальні конденсатори мають клас точності від 0,005 до 1;

нормальні елементи, що служать однозначною мірою ЕРС і напруги. Класи точності нормальних елементів ста­новлять від 0,0002 до 0,02;

стабілізовані джерела живлення знайшли широке за­стосування останнім часом як міриЕРС та напруги, клас точності яких може досягати значення0,0001;

вимірювальні генератори — це джерела змінного струму і напруги заданої форми. Частота і напруга вимі­рювальних генераторів регулюються в заданому діапазоні із заданою точністю. За формою сигналу вимірювальні ге­нератори поділяються на генератори сигналів синусоїдних, імпульсних, шумових, сигналів спеціальної форми;

калібратори напруги і струму — це стабілізовані джерела струму і напруги, на виході яких можна отрима­ти низку каліброваних, тобто заздалегідь відомих значень сигналу із заданою точністю.

7. Електромеханічні вимірювальні перетворювачі

Струми і напруги потрібно вимірювати у дуже широко­му діапазоні. Вимірювальні прилади не здатні перекрити цей діапазон. Для розширення діапазону вимірювання за­стосовуютьвимірювальні перетворювачі. Вимірюваль­ний прилад, що має у своєму складі вимірювальний пере­творювач, перекриває динамічний діапазон у десятки, сотні і навіть тисячі разів більший, ніж вимірювальний прилад без вимірювального перетворювача.

В електромеханічних перетворювачах вимірювана ве­личина (найчастіше напруга чи струм) перетворюється в кутове переміщення рухомої частини приладу. Електроме­ханічні перетворювачі поділяються за принципом дії на такі групи: магнітоелектричні; електромагнітні; електродинамічні (і феродинамічні); електро­статичні; індукційні.

Перетворювачі магнітоелектричної системи застосо­вують для вимірювання постійних струмів і напруг (ампер­метри та вольтметри), опорів (омметри), заряду (гальвано­метри і кулонметри). Магнітоелектричні перетворювачі розрізняють за таким принципом: із зовнішнім магнітом (рис. 1, а) і магнітом всередині рамки (рис. 7.1, б).

Рис. 7.1.

Основними частинами магнітоелектричного приладує:нерухомий постійний магніт 1 для створення в зазорі од­норідного магнітного поля; котушка 2, що може оберта­тися навколо осі; спіральні пружини 3, призначені для створення моменту протидії та для забезпечення елект­ричного контакту між рухомою котушкою та нерухомою вимірювальною схемою; стрілка 4, яка жорстко зв'язана з рухомою котушкою, та шкала з нанесеними поділками і цифрами.

Принцип дії приладів магнітоелектричної системи ґрун­тується на взаємодії магнітного поля постійного магніту зі струмами у провідниках обмотки рухомої котушки. Згідно із законом Ампера на кожен провідник обмотки довжиною l зі струмом I, що знаходиться в магнітному полі з індукцією В, діє сила, яка визначається за формулою

де α — кут між напрямом струму І та індукції В. Прила­ди магнітоелектричної системи сконструйовані так, що магнітне поле спрямоване радіально до осі обертання, і то­му α=90°.

Кожен виток рухомої котушки складається з двох провідників з протилежним, напрямом струму, тобто на кожен виток діє пара сил однакового значення з проти­лежними напрямами, які створюють обертальний момент відносно осі: М_е=F•D, де D – відстань між протилежни­ми сторонами рамки.

Обертальний момент, що діє на котушку, — це сумар­ний момент усіх її витків:

де с — конструктивна стала, N — кількість витків, М_в — момент одного витка.

Таким чином, момент, що діє на рухому котушку, пря­мо пропорційний струму в провідниках котушки.

Спіральні пружини створюють момент протидії, що прямо пропорційний куту повороту рамки;

Стрілка зупиняється тоді, коли моменти врівноважу­ються, тобто

Кут відхилення стрілки а прямо пропорційний вимірю­ваному струму:

Шкалу проградуйовано у значеннях вимірюваної величини і тому результат вимірювання визначають за показами стрілки.

Вимірювальні прилади магнітоелектричної системи ма­ють лінійну шкалу, високу чутливість, мало споживають енергії, стійкі до дії зовнішніх магнітних полів.

До недоліків цих приладів належить мала здатність до пе­ревантажень, а також те, що приладами цієї системи можна виконувати вимірювання тільки у колах постійного струму.

Магнітоелектричні прилади з перетворювачем. Як уже зазначалося, магнітоелектричні прилади мають висо­ку точність, чутливість і незначне споживання енергії, але вони непридатні для безпосереднього використання у ко­лах змінного струму. Для усунення цього недоліку їх ви­користовують разом з додатковими вимірювальними пере­творювачами змінного струму в постійний. На практиці здебільшого використовуються випрямні та термо­електричні перетворювачі.

Випрямні прилади складаються з випрямного вимірю­вального перетворювача змінного струму в постійний і магнітоелектричного приладу. Випрямні перетворювачі можуть бути однопівперіодні та двопівперіодні.

Принцип дії випрямних перетворювачів ґрунтується на односторонній провідності напівпровідникового діода, завдяки чому змінний струм перетворюється в пульсую­чий струм однієї полярності.

Недоліком випрямних приладів є нелінійність вольт-амперної характеристики діодів, нестабільність цієї ха­рактеристики у часі та залежність її від температури і частоти.

На основі магнітоелектричного приладу з випрямними перетворювачами донедавна випускалися малогабаритні багатофункціональні електромеханічні прилади (тестери), які широко застосовувалися на практиці. Значна кількість таких приладів знаходиться в експлуатації і дотепер. Останнім часом такі прилади витісняються аналогічними за функціями, але більш точними і з більшими функціональними можливостями, цифровими тестерами кишенькового формату.

Приладиелектромагнітної системи застосовуються для вимірювання постійних і змінних струмів і напруг, а та­кож для вимірювання частоти і кута зсуву фаз у колах змінного струму.

Рис. 7.2.

Електромагнітний прилад (рис. 7.2.) складається: з ко­тушки 1 із щілиноподібним отвором; феромагнітного осер­дя 2, несиметрично закріпленого на осі; стрілки 3, при­кріпленої до осі; спіральної пружини 4, яка створює мо­мент протидії.

Дія електромагнітного приладу ґрунтується на взаємо­дії магнітного поля котушки з рухомим феромагнітним осердям.

Внаслідок цієї взаємодії осердя втягується в котушку і рухома вісь повертається на деякий кут під дією оберталь­ного моменту, який пропорційний квадрату струму:

Момент протидії пружини прямо пропорційний куту повороту осі, на якій закріплена стрілка і осердя

Стрілка зупиняється, коли моменти врівноважуються: М=М_пр. Тоді кут повороту, на який відхилилася стрілка,

пропорційний квадрату струму, і тому шкала електро­магнітних приладів нерівномірна.

У амперметрів електромагнітної системи котушка виго­товляється з невеликою кількістю витків проводу, що має великий поперечний переріз (для зменшення опору котушки).

У вольтметрів, навпаки, котушка виготовляється з тон­кого проводу 0,08...0,1 мм і має велику кількість витків (2000...10000).

До переваг електромагнітних приладів належать їхня простота, дешевизна, надійність, здатність витримувати короткочасні навантаження, а також придатність для вимірювання в колах змінного й постійного струму.

Недоліками приладів електромагнітної системи є порівняно низька точність, нерівномірність шкали, досить велика споживана потужність, залежність показів від частоти та впливу зовнішніх магнітних полів.

Електродинамічні та феродинамічні перетворювачіі прилади електродинамічної системи, побудовані на їх основі, застосовують для вимірювання потужності, стру­му, напруги у колах постійного та змінного струмів. Крім того, у колах змінного струму електродинамічні прилади застосовують як частотоміри та фазометри.

Електродинамічний прилад складається з таких основних частин (рис.7. 3,а): нерухомої котушки 1, яку вмикають, як правило, послідовно зі споживачем; рухо­мої котушки 2, закріпленої на осі, яку вмикають пара­лельно споживачеві; спіральних пружин 3, які створю­ють момент протидії і за допомогою яких струм подається у рухому котушку; стрілки 4, жорстко скріпленої з рухомою котушкою, та шкали з нанесени­ми поділками і цифрами.

Принцип дії приладів електродинамічної системи ґрун­тується на взаємодії провідників зі струмом I₁ рухомої котушки з магнітним полем, створеним струмом I₂ у неру­хомій котушці.

Рис. 7.3

Ця взаємодія характеризується обертальним моментом, який визначається за формулою

де k_M — конструктивна стала приладу.

Феродинамічний прилад (рис.7.3, б) відрізняється від електродинамічного лише тим, що його нерухомі котушки мають магнітопровід 5 з магнітном'якого матеріалу.

Електродинамічні прилади застосовують найчастіше як ватметри для вимірювання потужності у колах як постійно­го, так і змінного струмів. У такому разі нерухома котушка вмикається послідовно зі споживачем, а рухома — пара­лельно.

Рис. 7.3.

Послідовно з рухомою котушкою вмикається додатковий опір R_дод для зменшення власного споживання енергії і підвищення точності. Струм у рухомій котушці І_U, згідно із законом Ома, прямо пропорційний напрузі на спожива­чеві U:

де R_U, R_дод — опори рухомої котушки і додаткового резистора.

Обертальний момент електродинамічного ватметра М=k_M·k_U·U·I·cosφ=k_M·k_U·P прямо пропорційний ак­тивній потужності, тому шкала електродинамічних ват­метрів рівномірна.

В електродинамічних та феродинамічних ампермет­рах нерухому і рухому котушки з'єднують послідовно. У такому випадку через котушки протікає один і той же струм І₁=І₂=І;cos(φ_I1-φ_I2)=1 і обертальний момент пропорційний квадрату струму: М=k_M·І².

В електродинамічних вольтметрах послідовно з'єдну­ють нерухому і рухому котушки, а також додатковий ре­зистор. Струм у такому послідовному з'єднанні

Обертальний момент пропорційний квадрату напруги

Електродинамічні прилади придатні для роботи як в колах постійного, так і змінного струму. У колах змінного струму електродинамічні прилади мають най­вищу точність порівняно з іншими електромеханічними приладами. Проте на роботу електродинамічних при­ладів сильно впливають зовнішні магнітні поля.

Прилади електростатичної системи застосовують­ся головним чином як вольтметри для вимірювання на­пруг у колах постійного та змінного струму.

Вольтметр електростатичної системи складається з таких основних частин (рис.7.4.): системи нерухомих електродів 1; системи рухомих електродів2; спіральної пружини 3 для створення моменту протидії та для підведення напруги до рухомих електродів; стрілки 4, закріпленої на осі разом із системою рухомих електродів.

Якщо до рухомих електродів підвести потенціал одного знака, а до нерухомих — іншого, то електроди матимуть заряди протилежних знаків і притягуватимуться один до одного з силою, яка пропорційна заряду електродів:

Рис.7.4

Оскільки заряд прямо пропорційний напрузі, то

де С — ємність між електродами. Сила взаємодії, а також обертальний момент будуть прямо пропорційні квадрату прикладеної до електродів напруги:

Позитивними якостями приладів електростатичної системи є: здатність вимірювати великі напруги безпосередньо без додаткових пристроїв; придатність для вимірювання як постійних, так і змінних напруг; незначна потужність, яку споживають прилади; широкий частотний діапазон вимірювання.

Недоліками цих приладів слід вважати низьку точність та чутливість, а також сильний вплив зовнішніх чинників (вологості, електричних полів).

Індукційні прилади застосовуються здебільшого як лі­чильники електричної енергії.

Індукційний лічильник електричної енергії (рис. 7.5) складається з електромагніту 1 з обмоткою, по якій проходить струм споживача (обмотка струму); електромагні­ту 2 з обмоткою, яка увімкнена паралельно споживачеві (обмотка напруги); постійного магніту 3, призначеного для створення гальмівного моменту; легкого алюмінієвого диску 4, який вільно обертається на осі; механічного ре­дуктора для зменшення частоти обертання диска в задане число разів та механізму відліку.

Рис. 7.5

Принцип дії індукційного лічильника електричної енергії ґрунтується на взаємодії магнітних полів, електро­магнітів зі струмами, наведеними за законом електро­магнітної індукції в алюмінієвому диску.

В результаті такої взаємодії до диска прикладено обер­тальний момент, значення якого пропорційне активній по­тужності споживача:

M=k_M·U·I=k_M·P

де k_м — коефіцієнт пропорційності.

На диск діє також гальмівний момент, який виникає від взаємодії струмів, наведених в диску, з магнітним по­лем постійного магніту. Значення гальмівного моменту прямо пропорційне частоті обертання диска:

M_ПР=k_ПР· n

де k_пр — коефіцієнт пропорційності.

Коли настане рівновага моментів,тобто

М=М_пр

частота обертання диска буде прямо пропорційна активній потужності споживання:

Кількість обертів N за проміжок часу Δt буде прямо пропорційна електричній енергії W, яку споживає спожи­вач за час Δt:

W=k_W·N

Крім однофазних лічильників, випускаються також трифазні лічильники для вимірювання витрат електрич­ної енергії в трифазних енергетичних системах.

До переваг електромеханічних лічильників енергії слід віднести їх простоту, здатність до перевантажень, а також здатність зберігати покази під час вимикання живлення.

Недоліками індукційних лічильників є невисока точ­ність, залежність показів від температури та частоти. Останнім часом інтенсивно розробляються і впроваджуються електронні та цифрові лічильники енергії.

Читайте також:

1. Абсолютна величина числа позначається символом .
2. Абсолютні і відносні величини
3. Абсолютні і відносні статистичні величини
4. Абсолютні, відносні та середні величини.
5. Аналогія величин і рівнянь поступального і обертального руху. Кінетична енергія обертання тіла
6. Багатовимірні випадкові величини. Система двох випадкових величин
7. Векторні і скалярні величини
8. Векторні і скалярні величини
9. Величина відцентрової сили
10. Величина густини зварювального струму
11. Величина доходу від використання праці, землі й капіталу визначається величиною їхнього граничного внеску у виробництво певних товарів чи послуг.
12. Величини ліміту каси підприємства за три місяці

Переглядів: 3726