Электростатические вольтметры

Вращающий момент в электростатических механизмах возникает в результате взаимодействия двух электрически заряженных пластин (систем проводников), одна из которых является подвижной.

Если между пластинами приложить напряжение, то они окажутся заряженными противоположными по знаку зарядами, в результате чего подвижные пластины будут притягиваться к неподвижным.

Энергия электростатического поля, запасенная электростатическим измерительным механизмом

.

 

Подставив значение этой энергии в обобщенное уравнение шкалы (формула 3.2), получим

.

 

Из уравнения следует, что показания прибора не зависят от полярности приложенного напряжения.

В случае переменного тока осуществляется усред-нение показаний по времени:

,

где u(t) – мгновенное значение измеряемого переменного напряжения, U – его действующее значение, Т – период усреднения.

Особенностью конструкции электростатических вольтметров является то обстоятельство, что приходится принимать меры по защите от короткого замыкания источника измеряемого напряжения, возможного при случайных ударах, тряске и т.п. Поэтому прибор включается в цепь с помощью зажимов 1 и 2, т.е. через резистор R (рис. 3.12).

При измерениях на повышенных частотах (выше сотен килогерц), защитный резистор во избежание дополнительной частотной погрешности отключается путем включения прибора через зажимы 1 и Э (экран).

К достоинствам вольтметров электростатической системы относят:

- широкий частотный диапазон (до 10 МГц);

- ничтожное потребление энергии, т.е. высокое входное сопротивление;

- независимость показаний от внешних магнитных полей.

Недостатки:

- низкая чувствительность;

- необходимость экранирования от внешнего электрического поля.

В настоящее время выпускаются несколько типов вольтметров и киловольтметров с верхними пределами измерений от 30 В до 75 кВ, с входным сопротивлением 10¹⁰ – 10¹⁴ Ом.

 

ИНДУКЦИОННЫЕ СЧЕТЧИКИ

Принцип действия индукционных измери-тельных механизмов основан на взаимодействии магнитных потоков электромагнитов 1 и 5 с магнитными потоками вихревых токов, индуци-рованными в подвижной части, выполненной в виде диска 3 из алюминия (рис. 3.13). В настоящее время эти механизмы применяются в счетчиках электрической энергии в цепях переменного тока. Анализ работы индукционного счетчика показы-вает, что вращающий момент пропорционален активной мощности переменного тока, т.е.

 

,

где k – постоянный коэффициент. На подвижную часть счетчика (диска) действует тормозной момент, пропорциональный частоте вращения диска. Этот момент создается в результате действия тока, наводимого во вращающемся диске полюсами постоянного магнита 4, и определяется выражением

,

где k₁ – постоянный коэффициент, - частота вращения диска. Приравнивая моменты, получим

.

Число оборотов диска N за время ∆t измерения энергии определяется интегралом по времени от частоты вращения диска, т.е.

,

где C = k₁/kk₂ – постоянная счетчика, W – энергия, прошедшая через счетчик за интервал времени ∆t.

Отсчет энергии производится по показаниям механического счетчика оборотов 2, градуированного в единицах энергии. Единице электрической энергии (обычно 1 кВт-ч), регистрируемой счетным механизмом, соответствует определенное число оборотов диска. Это соотношение, называемое передаточным числом, указывается на счетчике.

Величина, обратная передаточному числу, т.е. отношение зарегистрированной энергии к числу оборотов диска, – номинальная постоянная счетчика (С_ном). Значение передаточного числа А и С_ном зависят только от конструкции счетного механизма и для данного счетчика остаются постоянными.

Действительная постоянная С_Д в отличии от номинальной зависит от тока нагрузки, а также от внешних условий и частоты.

Относительная погрешность счетчика может быть вычислена по одной из формул:

,

где W – энергия, измеренная счетчиком, W_Д – действительное значение энергии, прошедшей через счетчик.

Счетчики активной энергии выпускаются следующих классов точности: 0.5, 1.0, 2.0, 2.5; счетчики реактивной энергии – 1.5, 2 и 3. Класс счетчика нормирует пределы относительной основной погрешности от измеренной энергии.