Электромеханические измерительные приборы магнитоэлектрической измерительной системы

Электромеханические измерительные приборы (ЭИП) отличаются простотой, дешевизной, высокой надежностью, разнообразием применения, относительно высокой точностью.

Любой ЭИП состоит из ряда функциональных преобразователей, каждый из которых решает свою элементарную задачу в цепи преобразований. Так, самый простейший измерительный электромеханический прибор прямого преобразования (вольтметр, амперметр) состоит из трех основных преобразователей: измерительной цепи (ИЦ), измерительного механизма (ИМ) и отсчетного устройства (ОУ) (рис. 1).

Измерительная цепь обеспечивает преобразование электрической измеряемой величины X в промежуточную электрическую величину Y (токили
Рис.1напряжение), функционально связанную сизмеряемой величиной и непосредственно воздействующую наизмерительный механизм.
^ Измерительный механизм является электромеханическим преобразователем, осуществляющим преобразование электрической величины Y в наглядное аналоговое показание а. На магнитном воздействии электрического тока основаны магнитоэлектрический электромагнитный, индукционный, электродинамический и вибрационный измерительные механизмы. Тепловое воздействие электрического тока используют биметаллический и тепловой измерительные механизмы. На взаимодействии заряженных электродов, находящихся под напряжением, основан принцип работы электростатического измерительного механизма.

^ Отсчетное устройство состоит из указателя, жестко связанного с подвижной частью ИМ, и неподвижной шкалы. Указатели бывают стрелочные (механические) и световые. Шкала — это совокупность отметок в виде штрихов, расположенных вдоль линии, по которым определяют числовое значение измеряемой величины. Шкалы градуируют в единицах измеряемой величины — именованная шкала — либо в делениях — неименованная шкала.

В общем случае на подвижную часть ИМ при ее движении воздействуют моменты: вращающий М_вр, противодействующий М_щ и успокоения М_усп.

Вращающий момент для ИМ, использующих силы электромаг­нитного поля:
M_Bp = dW_м/da, (1)
где dW_M — изменение запаса энергии магнитного поля;a- угол отклонения подвижной части.

Магнитоэлектрические приборы Обозначаются буквой М. Магнитоэлектрические приборы МЭП состоят из измерительной цепи, измерительного механизма и отсчетного устройства (см. рис. 1). Конструктивно измерительный механизм может быть выполнен либо с подвижным магнитом, либо с подвижной катушкой. На рис.2 показана конструкция прибора с подвижной катушкой. Постоянный магнит 1, магнитопровод с полюсными наконечниками 2 и неподвижный сердечник 3 составляют магнитную систему механизма. В зазоре еду полюсными наконечниками и сердечником создается сильное равномерное радиальное магнитное поле, в котором находитсяподвижная прямоугольная катушка 4, намотанная медным или алюминиевым проводом на алюминиевом каркасе (применяются и бескаркасные рамки). Катушка (рамка) 4 может поворачиваться в зазоре на полуосях 5 и 6. Спиральные пружины 7 и 8 создают противодействующий момент и используются для подачи измеряемого тока от выходных зажимов прибора в рамку (механические и электрические соединения на рис.2 не показаны), рамка жестко соединена со стрелкой 9. Для балансировки подвижной части имеются передвижные грузики 10. 5апас электромагнитной энергии в контуре с током I, находятся в поле постоянного магнита, выражается формулой:

W_М =Iy (4)

W_М — полное потокосцепление данного контура с магнитным полем постоянного магнита.

7) Измерение значений показателей переменных токов и напряжений
Приборы, предназначенные для измерения силы тока, в зависимости от их номиналов подразделяются на микроамперметры, миллиамперметры, амперметры и килоамперметры.

При измерении силы тока амперметр включают последовательно с сопротивлением нагрузки. Для того чтобы подключение амперметра на отражалось на работе нагрузки внутреннее сопротивление амперметра должно быть очень маленькое (0,008 – 0,5 Ом).

_{Ток высокой частоты можно измерять термоэлектрическими приборами, но они имеют высокую чувствительность к перегрузкам, большое внутреннее сопротивление и обладают тепловой инерцией. Поэтому обычно измеряют не ток в цепи, а напряжение на известном сопротивлении, а потом по закону Ома определяют ток.
Для измерения напряжения в зависимости от номиналов измеряемых величин применяются милливольтметры, вольтметры и киловольтметры. Вольтметры бывают магнитоэлектрической, электромагнитной, электродинамической, ферродинамической, электростатической, термоэлектрической, электронной систем. Вольтметр подключается параллельно исследуемой цепи. Для того чтобы подключение вольтметра не влияло на электрический режим цепи, его внутреннее сопротивление должно быть очень большим и во много раз превышать сопротивление измеряемого участка. Чем оно больше, тем измерения будут точнее. У хороших приборов эта величина достигает более 1000 Ом на1 измеренный Вольт, а в спец. конструкциях 20000 Ом на 1В шкалы прибора.
Все стрелочные вольтметры, кроме специальных (импульсных), градуируют в действующих значениях синусоидального напряжения (UД = 0,707UМ)
На сверхвысоких частотах вольтметр жестко соединяется с исследуемым объектом в единую конструкцию.
Для измерения напряжений используются электронные и цифровые вольтметры.
Электронные выполняются по двум схемам: детектор – усилитель постоянного тока (рис) и усилитель переменного тока детектор (рис). Первые предназначены для напряжений постоянного и переменного тока от десятых долей вольта до нескольких сотен вольт в диапазоне частот до 700МГц. Вторые – для измерения только переменного тока от единиц микровольт до сотен вольт в диапазоне частот до десятков МГц.
Цифровые вольтметры (бывают с времяимпульсным преобразованием, со ступенчато-изменяющимся напряжением, с частотным преобразованием и комбинированные) обладают высокой точностью (отсутствуют субъективные ошибки). Они предназначены для измерения постоянных или медленно изменяющихся по сравнению с временем изменения напряжений.}