Выбор СИ по заданной точности и номинальному значению измеряемой величины

Исходными данными являются требования по конструкторско-технологической документации, наибольшее и наименьшее значения измеряемой величины и допустимые значения погрешности.

Необходимо выбрать СИ по следующим исходным данным:

- номинальное значение тока I_n = 14А;

- допускаемое отклонение S = 1,3А;

- диапазон температуры окружающей среды: (10 – 40)⁰С;

- напряжение внешнего магнитного поля Н_{заданное} = 70А/м;

- допустимое значение погрешности измерения ;

- пределы аддитивной поправки: 20;

- среднеквадратическое отклонение показаний: 11,5.

Согласно нормативам допустимая абсолютная основная погрешность СИ:

 

Далее оценивается ориентировочное значение класса точности:

Выбираем

- нормирующее значение, в данном случае

Верхний предел

Ближайшим к этому является значение 20А.

Определяем предел суммарной погрешности прибора с учетом того, что дополнительную погрешность вносят колебания температуры и внешнее магнитное поле.

А; основная погрешность СИ;

А; допустимая температурная погрешность;

А

В этом случае:

Принимаю :

.

Принимаю .

 

2.4. Функциональная схема СИ. Описание принципа его работы и анализ источников дополнительной погрешности

Нам удобно СИ магнитоэлектрической системы.

В приборах магнитоэлектрической системы вращающий момент создается за счет взаимодействия поля постоянного магнита с рамкой, по которой протекает ток.

В этой системе измерительный механизм состоит из проволочной рамки с протекающим в ней током, помещенной в поле постоянного магнита (магнитопровода). Магнитное поле в зазоре магнитопровода, где находится рамка, сделано равномерным за счет особой конфигурации магнитопровода.

Постоянный магнит, магнитопровод с полюсным наконечником (3) и неподвижный сердечник (2) составляют магнитную систему механизма. В зазоре между полюсным наконечником и сердечником создается сильное радиальное магнитное поле, в котором находится подвижная прямоугольная рамка, намотанная тонким медным или алюминиевым проводом на алюминиевом каркасе. Рамка закреплена между полуосями. Спиральные пружины (4), предназначенные для создания противодействующего момента, одновременно используются для подачи измеряемого тока в рамку. Рамка жестко соединена со стрелкой.

Под действием протекающего тока I рамка вращается в магнитном поле, угол поворота ограничивают специальной пружиной, поэтому передаточная функция (часто называемая уравнением шкалы) линейна:

Где

В – индукция в зазоре;

S – площадь рамки;

w – число витков рамки;

W – удельный противодействующий момент, создаваемый пружинкой.

Рисунок 10 - Устройство прибора магнитоэлектрической системы

 

1 – рамка с измеряемым током и стрелкой;

2 – неподвижный сердечник;

3 – полюсные наконечники;

4 – возвратная пружина.

Здесь - удельное потокосцепление, определяемое параметрами рамки и магнитной индукцией, W – удельный противодействующий момент, создаваемый специальной пружиной из группы аналоговых электромеханических приборов приборы магнитоэлектрической системы относятся к числу наиболее точных и чувствительных. Изменения температуры окружающей среды и внешние магнитные поля мало влияют на их работу.

Равномерная шкала, малое потребление энергии также относятся к достоинствам магнитоэлектрических приборов.

Расширение пределов измерения амперметров достигается включением шунта параллельно прибору. Сопротивления шунта R_ш должно быть меньше сопротивления прибора R_р и подбираться так, чтобы при измерении основная часть измеряемого тока проходила через шунт.

Амперметры для измерения сравнительно небольших токов имеют внутренние шунты, вмонтированные в корпус прибора.

К недостаткам магнитоэлектрических приборов следует отнести несколько более сложную и дорогую конструкцию, чем, например, конструкция электромагнитных приборов, невысокую перегрузочную способность (при перегрузке обычно перегорают токоподводящие пружинки или растяжки для создания противодействующего момента) и, самое главное, отмеченную выше возможность применения в качестве амперметров и вольтметров лишь для измерений в цепях постоянного тока (при отсутствии преобразователей).