На чем основан принцип действия приборов электродинамической системы

На чем основан принцип действия приборов электродинамической системы

ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

Принцип действия электродинамических приборов основан на взаимодействии магнитных полей двух катушек одной, неподвижно закрепленной, и другой, сидящей на оси и могущей поворачиваться. На рис. а) показано устройство электродинамического прибора.

Катушка 1 (здесь — состоящая из двух половин) неподвижно закреплена. К подвижной катушке 2, укрепленной на оси прибора 3, ток подводится через спиральные пружины 4, которые одновременно служат для создания противодействующего момента. При пропускании тока по виткам обеих катушек они создадут магнитные поля, которые, взаимодействуя между собой, будут стремиться повернуть катушку 2 так, чтобы ее магнитное поле и поле катушки 1 совпадали по направлению. Кроме круглых катушек, встречаются конструкции приборов с прямоугольными катушками. Магнитное поле каждой катушки зависит от тока, поэтому сила взаимодействия обеих катушек пропорциональна квадрату тока. Следовательно, шкала прибора неравномерна. Успокоение приборов этой системы воздушное, так как применение электромагнитного тормоза вызвало бы искажение показаний прибора. Это объясняется тем, что собственные магнитные поля катушек очень малы и сильное поле постоянного магнита электромагнитного тормоза оказывало бы влияние на работу прибора.

На рис. в) показано устройство электродинамического прибора в упрощенном виде, где хорошо видно взаимное расположение катушек.

На рис. г) показано устройство электродинамического прибора неподвижная катушка, которого состоит из двух полукатушек, внутри которых расположена подвижная катушка аналогично рис. б).

Источник

Принцип действия приборов электродинамической системы

Измерительный прибор, принцип действия которого основан на механическом взаимодействии двух проводников при протекании по ним электрического тока. Э. п. состоит из измерительного преобразователя (См. Измерительный преобразователь), преобразующего измеряемую величину в переменный или постоянный ток, и измерительного механизма электродинамической системы (рис.6). Наиболее распространены Э. п. с подвижной катушкой, внутри которой на оси со стрелкой расположена подвижная катушка. Вращающий момент на оси возникает в результате взаимодействия токов в обмотках катушек 1 и 2 и пропорционален произведению действующих значений этих токов. Уравновешивающий момент создаёт пружина, с которой связана ось. При равенстве моментов стрелка останавливается.

Э. п. — наиболее точные электроизмерительные приборы, применяемые для определения действующих значений тока и напряжения в цепях переменного и постоянного тока. При последовательном соединении обмоток катушек угол поворота стрелки пропорционален квадрату измеряемой величины. Такое включение обмоток применяется в Э. п. для измерения напряжения и силы тока (Вольтметры и Амперметры). Электродинамические измерительные механизмы используют также для измерения мощности (Ваттметры). При этом через неподвижную катушку пропускают ток, пропорциональный току, а через подвижную — ток, пропорциональный напряжению в измеряемой цепи. Показания прибора пропорциональны активному или реактивному значению электрической мощности. В случае исполнения электродинамических механизмов в виде Логометров их применяют как частотомеры, фазометры и фарадометры. Э. п. изготовляют главным образом переносными приборами высокой точности — классов 0,1; 0,2; 0,5. Разновидность Э. п. — ферродинамический прибор, котором для усиления магнитного поля неподвижной катушки применяют магнитопровод из ферромагнитного материала. Такие приборы предназначаются для работы в условиях

вибрации, тряски и ударов. Класс точности ферродинамических приборов 1,5 и 2,5.

Рис.6. Электродинамический измерительный прибор: 1 и 2 — неподвижная и подвижная катушки; 3 — ось; 4 — пружина; 5 — стрелка; 6 — шкала.

Электродинамический прибор.Основными частями электродинамического прибора (рис. 7) являются: неподвижная катушка 2 и подвижная катушка 1, расположенная на оси 6, к которой прикреплена стрелка 5.

Ось связана с алюминиевым крылом воздушного успокоителя 4, помещающегося в камере 3. Ток к подвижной катушке подводится через спиральные пружины 7, создающие противодействующий момент. С нижней пружиной соединен корректор 8.

Работа приборов электродинамической системы основана на взаимодействии токов в двух обмотках. Сила этого взаимодействия поворачивает подвижную обмотку вместе с осью и стрелкой. Угол поворота зависит от силы тока, протекающего по обмоткам, и силы противодействия спиральных пружин.

Электродинамические приборы можно применять в цепях постоянного и переменного тока. Это объясняется тем, что изменение направления переменного тока происходит одновременно в обеих катушках, вследствие чего направление силы взаимодействия между ними остается неизменным.

Электродинамические приборы употребляют для измерения силы тока, напряжения и мощности. К преимуществам приборов этой системы наряду с возможностью использования их в цепях постоянного и переменного тока относится высокая точность. Недостатками их являются: влияние внешних магнитных полей на результаты измерения, большое собственное потребление мощности, относительно малая устойчивость к перегрузкам, малая чувствительность и высокая стоимость. Разновидностью приборов электродинамической системы являются широко распространенные, главным образом в качестве щитовых ваттметров, ферродинамические приборы (рис. 8), действие которых основано на том же принципе.

Однако в отличие от приборов электродинамической системы у ферродинамических приборов неподвижные обмотки помещаются на стальном сердечнике, который усиливает магнитное поле и вращающий момент прибора, а также уменьшает влияние внешних магнитных полей на его показания. Катушки электродинамических приборов соединяются между собой в зависимости от их назначения. В амперметрах катушки в большинстве случаев соединяют параллельно, в вольтметрах — последовательно, а в ваттметрах одна катушка включается в цепь последовательно, как амперметр, а другая — параллельно нагрузке, как вольтметр.

10.Логометры магнитоэлектрической системы

Логометр (от греч. lógos — слово, здесь — отношение и . метр) механизм приборов для измерения отношения сил двух электрических токов. Принцип действия Л. основан на том, что направленные встречно вращающие моменты, возникающие вследствие воздействия на подвижную часть Л. величин, входящих в измеряемое отношение, уравновешиваются при отклонении подвижной части на некоторый угол. Например, подвижную часть магнитоэлектрического Л. образуют две скрепленные под углом рамки, токи к которым подводятся через безмоментные спирали (рис.9,а). Находясь в поле постоянного магнита, рамки стремятся повернуться в направлении действия большего момента, и подвижная часть отклоняется до тех пор, пока моменты не уравновесятся. Л. широко применяются в различных схемах для измерения электрических величин: ёмкости, индуктивности, сопротивления. Например, при использовании Л. в омметре (рис.9, б) угол a, на который отклоняется подвижная часть Л., зависит только от отношения сил токов I₁ и I₂,

; т. e. при постоянных r и r₁ отклонение подвижной части пропорционально измеряемому сопротивлению; шкала Л. градуируется непосредственно в омах (ом). Широко распространены также Л. электродинамических и ферродинамических систем.

Рис. 9. Устройство магнитоэлектрического логометра (а) и схема омметра с магнитоэлектрическим логометром (б): M₁, M₂ — вращающие моменты; l₁, I₂ — токи в цепях омметра; U — источник питания; r — сопротивление рамок логометра; r₁ — омическое сопротивление; r_x — измеряемое сопротивление; 1, 2 — рамки логометра; 3 — сердечник; 4 — постоянный магнит.

Логометр обычно применяется в приборах для измерения сопротивления, индуктивности, ёмкости, температуры.

11.Измерительные трансформаторы тока. Принцип действия

12.Измерительные трансформаторы напряжения. Принцип действия.

13.Измерение тока и напряжения. Схемы включения амперметров и вольтметров в цепь.

14.Измеренние сопротивления однорамочным омметром. Принцип действия.

15.Измерение сопротивления двухрамочным омметром. Мегометр. Принцип действия.

16.Измерение сопротивления равновесным мостом. Условие равновесия моста.

17.Компенсационный метод измерения. Потенциометр. Принцип действия.

18.Электронно-лучевой осциллограф. Структурная схема.

19.Принцип действия моста переменного тока. Условие равновесия моста переменного тока.

20.Электронный частотомер. Принцип действия. Назначение

21.Электронный фазометр. Принцип действия. Временные диаграммы.

22.Электродинамический фазометр. Принцип действия.

23.Измерение энергии в цепях переменного тока. Однофазный счётчик.

24.Измерение магнитного потока в постоянном магнитном поле.

25.Измерение ёмкости и индуктивности в цепях переменного тока.

Источник

Назначение электродинамических приборов

Приборы электродинамической системы

Принцип действия

Вращающий момент возникает в результате взаимодействия магнитных

полей неподвижной и подвижной катушек с током.

В основе их работы – явление динамического взаимодействия двух

проводников, обтекаемых электрическим током. При одинаковом

направлении тока в проводниках, они взаимно притягиваются, а при

Устройство

Устройство измерительного механизма электродинамического типа

показано на рисунке:

1 – две секции неподвижной катушки

2 – подвижная катушка

Неподвижная катушка состоит из двух секций – для обеспечения более

равномерного МП. На оси кроме подвижной катушки крепятся указательная

стрелка и две спиральные пружинки для подвода тока к катушке.

Назначение электродинамических приборов

1.измерение переменных и постоянных токов и

2.измерение мощности (ваттметры)

3.измерение частоты и фазового сдвига между током и напряжением

(частотомеры и фазометры).

Диапазон измерений: токи – 0,1…10 А, напряжения – до 300 В, с

классами точности 0,1; 0,2; 0,5.

Мост переменного тока:

Сходимость моста – достижение состояния равновесия определенным (конечным) числом поочередных переходов от регулировки одного параметра к другому.

Мосты работающие в уравновешенном режиме, или в неуравновешенном.

Источник

Электродинамические приборы

Устройство и принцип действия электродинамического ИМ

Принцип действия электродинамического измерительного механизма основан на взаимодействии магнитных полей двух систем проводников с током.

На рис. 4.9 схематически показано устройство электродинамического измерительного механизма, который состоит из подвижной 1 и неподвижной 2 катушек (рамок), стрелки 3, жестко прикрепленной к подвижной катушке, и шкалы 4, вдоль которой перемещается указатель стрелки.

Риc. 4.10. Устройство электродинамического измерительного механизма

Применяют круглые или прямоугольные катушки. Обычно неподвижная катушка состоит из двух одинаковых частей, разделенных воздушным зазором. Вращающий момент создается при взаимодействии магнитного поля, создаваемого током I₁, проходящим по катушке 1, и магнитным полем, создаваемым током, проходящим через катушки возбуждения 2. Электромагнитная энергия W_e двух контуров с токами

Так как индуктивность катушек не зависит от угла поворота, поэтому вращающий момент, действующий на подвижную катушку 1

При механическом создании противодействующего момента угол отклонения подвижной может быть определен по формуле:

При включении электродинамического механизма в цепь переменного тока угол отклонения:

В электродинамических логометрических измерительных механизмах противодействующий момент создается электрическим способом. Подвижная часть такого механизма состоит из двух жестко закрепленных между собой под определенным углом g катушек. Угол отклонения a зависит от отношения токов I₁/I₂.

Области применения, достоинства и недостатки

Электродинамические амперметры выполняются по двум схемам, показанным на рис. 4.11 а и 4.11 б.

Рис. 4.11. Схемы включения катушек электродинамического механизма

Последовательное соединение катушек (рис. 4.11 а) используется в амперметрах, предназначенных для измерения малых токов (до 0,5 А). Так как y = 0 и I₁ = I₂ = I, уравнение преобразования амперметра сводится к виду

В параллельной схеме (рис. 4.11 б), которая используется при больших токах (до 10 А), подбором индуктивностей L₁, L₂ и резистора R в цепях катушек задаются токи I₁ = k₁I; I₂ = k₂I и разность фаз y =0. Уравнение преобразования амперметра будет иметь вид:

Для выполнения электродинамического вольтметра последовательно с катушками, соединенными по схеме (рис. 4.11 а), включается добавочный резистор R_Д, как показано на рис. 4.11 в. Уравнение преобразования вольтметра имеет вид:

Наиболее важной группой электродинамических приборов являются ваттметры. На рис. 4.11 г представлена простейшая схема однопредельного электродинамического ваттметра.

Учитывая, что I₁ = I_Н и I₂ = U/(R₂ + R_Д), уравнение преобразования электродинамического ваттметра постоянного тока может быть записано в виде

На переменном токе уравнение преобразования:

Из выражений (4.18), (4.19) видно, что шкала ваттметров равномерная.

Основными достоинствами электродинамических приборов являются:

— возможность использования в цепях как постоянного, так и переменного токов;

— возможность градуировки на постоянном токе;

— высокая стабильность показаний во времени;

Высокая точность приборов обусловлена отсутствием в них, в отличие от других электромеханических приборов, ферромагнитных элементов.

В качестве недостатков таких приборов можно отметить следующие:

— влияние внешних магнитных полей и механических воздействий;

— большую мощность потребления.

По чувствительности электродинамические приборы уступают магнитоэлектрическим. Однако применение растяжек и светового указателя позволяют уменьшить собственное потребление мощности (имеются миллиамперметры с током полного отклонения 1 мА).

Погрешности электродинамических приборов

Погрешностями электродинамических приборов являются: температурная и частотная погрешности; погрешность из-за влияния внешних магнитных полей и др.

Температурная погрешность g_t возникает вследствие изменения сопротивления обмоток рамок (катушек) и изменения упругих свойств растяжек или пружинок при изменении температуры. Для компенсации температурной погрешности применяют специальные схемы, например, последовательно-параллельная схема, подобная схеме, приведенной на рис 4.4, позволяет снизить температурную погрешность многопредельного электродинамического ваттметра до g_t £ 0,1 %

Погрешность от влияния внешних магнитных полей уменьшается с помощью магнитных экранов.

Источник

Области применения, достоинства и недостатки

Устройство, принцип работы, достоинства и недостатки, область применения приборов электродинамической системы. Уравнение зависимости угла отклонения стрелки прибора от числового значения и рода измеряемой величины. Характер шкалы.

Устройство и принцип действия электродинамического ИМ

Принцип действия электродинамического измерительного механизма основан на взаимодействии магнитных полей двух систем проводников с током.

На рис. 1 схематически показано устройство электродинамического измерительного механизма, который состоит из подвижной 1 и неподвижной 2 катушек (рамок), стрелки 3, жестко прикрепленной к подвижной катушке, и шкалы 4, вдоль которой перемещается указатель стрелки.

Риc. 1. Устройство электродинамического измерительного механизма

Применяют круглые или прямоугольные катушки. Обычно неподвижная катушка состоит из двух одинаковых частей, разделенных воздушным зазором. Вращающий момент создается при взаимодействии магнитного поля, создаваемого током I₁, проходящим по катушке 1, и магнитным полем, создаваемым током, проходящим через катушки возбуждения 2. Электромагнитная энергия W_e двух контуров с токами

Так как индуктивность катушек не зависит от угла поворота, поэтому вращающий момент, действующий на подвижную катушку 1

При механическом создании противодействующего момента угол отклонения подвижной может быть определен по формуле

При включении электродинамического механизма в цепь переменного тока угол отклонения

В электродинамических логометрических измерительных механизмах противодействующий момент создается электрическим способом. Подвижная часть такого механизма состоит из двух жестко закрепленных между собой под определенным углом g катушек. Угол отклонения a зависит от отношения токов I₁/I₂.

Области применения, достоинства и недостатки

Электродинамические амперметры выполняются по двум схемам, показанным на рис. 2 а и 2б.

Рис. 2. Схемы включения катушек электродинамического механизма

Последовательное соединение катушек (рис. 2а) используется в амперметрах, предназначенных для измерения малых токов (до 0,5 А). Так как y = 0 и I₁ = I₂ = I, уравнение преобразования амперметра сводится к виду

В параллельной схеме (рис. 2 б), которая используется при больших токах (до 10 А), подбором индуктивностей L₁, L₂ и резистора R в цепях катушек задаются токи I₁ = k₁I; I₂ = k₂I и разность фаз y =0. Уравнение преобразования амперметра будет иметь вид

Для выполнения электродинамического вольтметра последовательно с катушками, соединенными по схеме (рис. 2 а), включается добавочный резистор R_Д, как показано на рис. 2 в. Уравнение преобразования вольтметра имеет вид

Наиболее важной группой электродинамических приборов являются ваттметры. На рис. 2 г представлена простейшая схема однопредельного электродинамического ваттметра.

Учитывая, что I₁= I_Н и I₂ = U/(R₂ + R_Д), уравнение преобразования электродинамического ваттметра постоянного тока может быть записано в виде

На переменном токе уравнение преобразования

Из выражений (8), (9) видно, что шкала ваттметров равномерная.

В качестве недостатковтаких приборов можно отметить следующие: влияние внешних магнитных полей и механических воздействий; большую мощность потребления. По чувствительности электродинамические приборы уступают магнитоэлектрическим. Однако применение растяжек и светового указателя позволяют уменьшить собственное потребление мощности (имеются миллиамперметры с током полного отклонения 1 мА).

Компенсационный метод измерения напряжения и эдс. начертите схему для измерения эдс компенсационным методом: опишите метод измерения и выведите уравнение для определения искомой эдс.

Компенсационный метод (метод противопос­тавления) измерения заключается в уравновешивании, осуществляе­мом включением на индикатор равновесия либо двух электрически не связанных между собой, но противоположно направленных напряжений или ЭДС, либо двух раздельно регулируемых токов. Компенсационный метод исполь­зуют для непосредственного срав­нения напряжений или ЭДС, тока и косвенно для измерения других электрических, а также неэлектри­ческих величин, преобразуемых в электрические.

Применяют следующие схемы компенсации: а) напряжений или ЭДС (рис. 7.2); б) электрических токов (рис. 7.3).

Рис. 7.2, Схема компенсации на­пряжений Рис. 7.3. Схема компенсации токов

Схема, показанная на рис. 7.2, наиболее распространенная. В ней измеряемое напряжение Ux компенсируется равным, но про­тивоположным по знаку известным напряжением UK. Падение на­пряжения UK создается током / на изменяемом по значению ком­пенсирующем образцовом сопротивлении RK. Изменение Rк про­исходит до тех пор, пока UK не будет равно Ux. Момент компен­сации определяют по отсутствию тока в цепи магнитоэлектриче­ского гальванометра G; при этом мощность от объекта измерения не потребляется.

Компенсационный метод обеспечивает высокую точность изме­рения.

Компенсаторами или потенциометрами называют устройства, предназначенные для измерения методом компенсации напряжения или э.д.с., а также ряда других электрических величин, связанных с напряжением или э.д.с. с функциональной зависимостью (например, I, P, R, и др.).

В практических схемах компенсаторов для обеспечения необходи­мой точности измерения ток I в рабочей цепи определяют не ампер­метром непосредственной оценки, а компенсационным методом с помощью эталона ЭДС нормального элемента. Нормальные эле­менты обеспечивают постоянную во времени ЭДС, равную 1,01865 В при температуре 20 °С, внутреннее сопротивление 500—1000 Ом, ток перегрузки 1 мкА. С изменением температуры окружающей среды значение ЭДС уменьшается на каждый градус повышения температуры:

где E t — ЭДС при температуре t, °С; E20 — ЭДС при 20 °С.

Схема компенсатора представлена на рис. 7.4. Она содержит источник вспомогательной ЭДС E_всп для питания рабочей цепи, в которую включают регулировочное Rp, компенсирующее R_K и образцовое R_H сопротивления. К зажимам НЭ подключают нор­мальный элемент, ЭДС которого Eнэ, к зажимам X — искомую ЭДС Ех. В качестве индикатора равновесия используют высоко­чувствительный магнитоэлектрический гальванометр G.

При работе с компенсатором выполняют две операции:

1) устанавливают ток / в рабочей цепи компенсатора с помощью источника вспомогательной ЭДС Eвсп(положение 1 переключа­теля В);

2) измеряют искомую ЭДС Ех (положение 2 переключателя В).

Для установки рабочего тока предварительно определяют темпе­ратуру окружающей среды, затем по (7.3) вычисляют точ­ное значение ЭДС нормаль­ного элемента для данной температуры. Далее устанав­ливают образцовое сопротив­ление RH, значение которого выбирают в зависимости от значений тока в рабочей це­пи и ЭДС при температуре t (сопротивление RK состоит из катушки с постоянным значе­нием сопротивления и после­довательно соединенной с ней температурной декадой). За­тем переключатель В ставят в положение 1 и ЭДС

Рис. 7.4. Схема компенсатора

нормального элемента противопоставляют падению напряжения на Ru, которое регулируется с помощью изменяющего значение тока / в рабочей цепи резистором Rp. Момент компенсации соответствует нулевому отклонению гальванометра G, т. е. Eнэ = IRn.

После установления рабочего тока I для измерения Ех переключатель В ставят в положение 2 и регулировкой образцового компенсирующего сопротивления Rк вновь доводят до нуля ток в цепи гальванометра G. Тогда

(7.4)

где I — значение тока, установленное при положении 1 переклю­чателя В;RK— значение образцового компенсирующего сопро­тивления, при котором имеет место состояние равновесия.

Сопротивление RK выполняют по специальным схемам, кото­рые обеспечивают постоянное сопротивление между точками 3, 4 и переменное сопротивление между точками 3, Д, а также необхо­димое число знаков и точность отсчета.

Решение.

Потери в стали определяются с учетом потерь в приборах, которые включены после ваттметра, по формуле

где — потери мощности в стали;

— показание ваттметра;

— потери в вольтметре в последовательной цепи ваттметра и катушки.

Определяем потери мощности в вольтметре

Определяем потери в последовательной цепи ваттметра

Определяем потери мощности в катушке

Определяем потери в стали

Определяем магнитную индукции

112. Для измерения индуктивного и емкостного сопротивлений цепей переменного тока были определены ток, напряжение и активная мощность, причем их значения были соответственно равны 1А±10%, 50 В±10%, 20 Вт±10%. Каков диапазон возможных значений индуктивности и емкости, если измерения производились в сети переменного тока частотой 50 Гц?

Решение.

Определяем диапазон значений тока, напряжения и активной мощности

I = 0,9÷1,1 А U = 45÷55 В Р = 18÷22 Вт

Определяем диапазон полного сопротивления цепи переменного тока

Определяем диапазон активного сопротивления цепи переменного тока

Определяем диапазон реактивного сопротивления цепи переменного тока

= 44,9 ÷ 41,2 Ом

Определяем диапазон индуктивности

= 0,143 ÷0,131Гн

Определяем диапазон емкости

= 70,9÷77,3 мкФ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Раннев Г.Г., Тарасенко А.П. «Методы и средства измерений» Учебник. М.: «Академия», 2004.

2. Шишмарев В.Ю.Средства измерений (4-е изд., стер.). Учебник. М.: «Академия», 2011.

Источник