Файл: Ответы по метрологии 1-40.doc

24. Обозначения электромеханических приборов. Условные обозначения электромеханических приборов.

  В таблице 3.1 приведены условные обозначения некоторых типов приборов.

На   шкалах   электромеханических  приборов наносятся следующие условные обозначения: а) обозначение  рода  тока (например, " ^__ " - ток постоянный; " ~ " - ток  переменный; "  " - ток постоянный  и  переменный;  б) обозначение  единицы  измеряемой величины (например, mA, B); в) обозначение рабочего положения прибора:        - для горизонтального  положения шкалы;    - прибор применять  в  вертикальном положении шкалы;   ⁰ - для установления под углом ⁰; г) обозначение класса точности (например, 1,5;   2,5 ; 1,5 ); обозначение испытательного напряжения изоляции измерительной цепи по отношению к корпусу, например,       - испытательное   напряжение, например, 2 кВ. Кроме этого на шкале приводится  условное  изображение  принципа  действия  и буквенное обозначение прибора. 

25. Магнитоэлектрические измерительные механизмы.

дддд

В магнитоэлектрических механизмах вращающий момент создается в результате взаимодействия магнитного поля постоянного магнита и магнитного поля проводника с током, выполненного в виде катушки. Применяются в приборах как измерительные механизмы с подвижной катушкой и неподвижным магнитом, так и измерительные механизмы с неподвижной катушкой и подвижным магнитом. Основными узлами являются магнитная система и подвижная часть. В зависимости от взаимного расположения постоянного магнита и подвижной катушки различают измерительные механизмы с внешним магнитом и внутри рамочным магнитом.

Магнит выполняют из материалов большой коэрцитивной силой, чаще всего из железоникельалюминиевых сплавов. Он является источником магнитного поля. Магнитопровод, полюсные наконечники и сердечники проводят магнитный поток, поэтому и изготовляют из магнитомягких материалов с возможно меньшими магнитным сопротивлением. Цилиндрическая форма сердечника и расточки полюсных наконечников, а также их концентрическое расположение обеспечивают создания радиального равномерного магнитного поля в воздушном зазоре. В любой точке рабочей части зазора магнитная индукция В=const, а зазор имеет радиальную длину порядка 1÷2 мм. Рамка в воздушном зазоре свободно охватывает сердечник и жестко крепится на полуосях, поворот которых вызывает перемещение стрелки. Рамка имеет обмотку из медного и алюминиевого изолированного провода диаметром от 0,03 до 0,2 мм и чаще всего бывает прямоугольной формы. Применяются бескаркасные и каркасные рамки.

В магнитоэлектрических измерительных механизмах используют магнитоиндукционное ускорение. При движении рамки в поле постоянного магнита момент ускорения создается за счет взаимодействия вихревых токов, возникающих в цепи обмотки рамки, и имеет незначительную величину. Для увеличения момента ускорения на рамку наматывают несколько коротко замкнутых витков, может применяться металлический каркас, представляющий собой короткозамкнутый виток. Влияния трения рамки о воздух на величину ускорения незначительно.

Подвижная рамка измерительного механизма находится в радиальном магнитном поле (рис. 2.6).

При протекании по обмотки рамки тока возникают силы F, стремящиеся повернуть рамку так, чтобы ее плоскость стала перпендикулярной к направлению магнитных силовых линий. При равенстве вращающего и противодействующего моментов подвижная часть останавливается. Угол α определяют по формуле

=BswI/W

где s – площадь катушки, w – число витков, В – магнитная индукция, I – ток, W – удельный противодействующий момент, определяемый упругими свойствами и размерами пружин.

Из выражения видно, что при перемене направления тока в обмотке рамки меняется направление отклонения подвижной части на обратное, т.е. при изменении необходимо соблюдать указанную на приборе полярность.

Для магнитоэлектрических приборов справедливо равенство

S₁=Bsw/W=/I

где S_I – чувствительность к току.

Величина, обратная чувствительности, называется постоянной механизма по току, ее формула имеет вид

C₁=1/S₁=I/

Следовательно, чувствительность прибора не зависит от угла отклонения и она постоянна по всей шкале, поэтому магнитоэлектрические приборы можно выпускать комбинированными и многопредельными.

Большим достоинством магнитоэлектрических приборов является высокая чувствительность и малое собственное потребление мощности (несколько милиВат). Магнитоэлектрические приборы относятся к числу наиболее точных (класс 0,1; 0,2). Точность достигает наличием равномерной шкалы, что уменьшает погрешность градуировки и отсчета. Благодаря сильному собственному магнитному полю влияние посторонних полей на показания приборов весьма незначительно. Температурные погрешности могут быть скомпенсированы с помощью специальных схем.

К недостаткам магнитоэлектрических приборов следует отнести сложную и дорогую конструкцию, невысокую перегрузочную способность.

Магнитоэлектрические механизмы, предназначенные для обычных измерительных приборов, обладают большим моментом инерции подвижной части и могут работать только на постоянном токе.

Если среднее значение измеряемого переменного тока за период равно нулю. Если в кривой тока имеется постоянная составляющая, то подвижная часть дает отклонение, обусловленное этой составляющей.

Магнитоэлектрические механизмы могут применять вместе с различного рода преобразователями переменного тока. В целях постоянного тока магнитоэлектрические механизмы с механическим противодействующим моментом используются главным образом в амперметрах, вольтметрах и гальванометрах, а также в некоторых типах омметров.

26. Магнитоэлектрический логометр.

Измерительные механизмы, предназначенные для измерения не какой-либо величины, а отношение двух величин (обычно двух токов), называются логометрами (логос – отношение).

В логометре (рис. 2.7) противодействующий момент создается не механическим способом, а электрическим. Для этого подвижная часть выполняется в виде двух жестко скрещенных между собой рамок 1 и 2, по обмоткам которых протекают токи I₁ и I₂. Пружинки для создания механического противодействующего момента не ставятся, а ток к обмоткам подводится с помощью безмоментных токоподводов, выполняемых в виде тонких неупругих ленточек.

Направления токов в обмотках выбираются так, чтобы моменты М₁ и М₂, создаваемые рамками, действовали навстречу друг другу. Один из моментов может считаться вращающим, второй – противодействующим, кроме того, хотя бы один из моментов должен зависеть от угла поворота. Значит один из параметров, определяющих величину момента, является функцией угла α. Технически индукцию проще сделать зависящей от угла поворота В=f(). Для этого магнитное поле в зазоре должно быть неравномерным, что достигается эллипсоидальной формой сердечника.

Если через рамки проходят токи I₁ и I₂, то моменты, направленные навстречу друг другу, равны:

Так как равновесие наступает при М₁ и М₂, то I₁ƒ₁()= I₂ƒ₂(), откуда I₁/ I₂= ƒ₂()/ƒ₁()=ƒ().

Если обе цепи имеют один источник питания, то колебания напряжения этого источника не влияют на показания прибора, так как токи изменяются в одном и том же отношении. Логометры применяются для измерения сопротивлений (омметры) и неэлектрических величин: температуры, давления и т.д.

27. Магнитоэлектрические приборы.

В таких приборах используется сила взаимодействия магнитного поля с током в витках обмотки подвижной части, стремящаяся повернуть последнюю. Момент этой силы уравновешивается моментом, создаваемым противодействующей пружиной, так что каждому значению тока соответствует определенное положение стрелки на шкале. Подвижная часть имеет форму многовитковой проволочной рамки с размерами от 35 до 2535 мм и делается как можно более легкой. Подвижная часть, установленная на каменных подшипниках или подвешенная на металлической ленточке, помещается между полюсами сильного постоянного магнита. Две спиральные пружинки, уравновешивающие крутящий момент, служат также токопроводами обмотки подвижной части.

Магнитоэлектрический прибор реагирует на ток, проходящий по обмотке его подвижной части, а потому представляет собой амперметр или, точнее, миллиамперметр (так как верхний предел диапазона измерений не превышает примерно 50 мА). Его можно приспособить для измерения токов большей силы, присоединив параллельно обмотке подвижной части шунтирующий резистор с малым сопротивлением, чтобы в обмотку подвижной части ответвлялась лишь малая доля полного измеряемого тока. Такое устройство пригодно для токов, измеряемых многими тысячами ампер. Если последовательно с обмоткой присоединить добавочный резистор, то прибор превратится в вольтметр. Падение напряжения на таком последовательном соединении равно произведению сопротивления резистора на ток, показываемый прибором, так что его шкалу можно проградуировать в вольтах. Чтобы сделать из магнитоэлектрического миллиамперметра омметр, нужно присоединять к нему последовательно измеряемые резисторы и подавать на это последовательное соединение постоянное напряжение, например от батареи питания. Ток в такой схеме не будет пропорционален сопротивлению, а потому необходима специальная шкала, корректирующая нелинейность. Тогда можно будет производить по шкале прямой отсчет сопротивления, хотя и с не очень высокой точностью.

Амперметр – измерительный прибор для определения силы постоянного и переменного тока в электрической цепи. Показания амперметра всецело зависят от величины протекающего через него тока, в связи, с чем сопротивление амперметра по сравнению с сопротивлением нагрузки должно быть как можно меньшим. По своим конструктивным особенностям амперметры подразделяются на магнитоэлектрические, электромагнитные, термоэлектрические, электродинамические, ферродинамические и выпрямительные.