20180

Электродинамические приборы

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

15 Если через катушки пропустить переменные синусоидальные токи и то подвижная часть прибора будет реагировать на среднее значение вращающего момента где I1 и I2 действующие значения тока;  фазовый сдвиг между ними. Значит уравнение 15 для переменного тока примет вид: 16 Из формул 15 и 16 ясно что показания приборов электродинамической системы пропорциональны произведению токов протекающих по катушкам; градуировка шкалы на постоянном токе справедлива и для переменных токов. Выпускаются амперметры электродинамической...

Русский

2013-07-25

391.5 KB

9 чел.

3.1. Электродинамические приборы (продолжение темы 2.0).

Узел для создания вращающего момента состоит из неподвижной катушки, внутри которой помещена подвижная.

Принцип действия заключается во взаимодействии магнитных полей неподвижной и подвижной катушек, по которым протекают измеряемые токи (рис.10).

Неподвижная катушка разделена на две половины, по которым протекает ток I1. Подвижная катушка расположена внутри неподвижной, и по ней протекает ток I2, который подводится через спиральные противодействующие пружины или растяжки. Успокоение обычно воздушное.

Энергия, запасенная в обеих катушках,

  (13)

где M1,2 – взаимная индуктивность между катушками.

Формула вращающего момента

 (14)

и уравнение отклонения указателя

. (15)

Если через катушки пропустить переменные синусоидальные токи  и , то подвижная часть прибора будет реагировать на среднее значение вращающего момента

,

где I1 и I2 – действующие значения тока;

-- фазовый сдвиг между ними.

Значит уравнение (15) для переменного тока примет вид:

   (16)

Из формул (15) и (16) ясно, что показания приборов электродинамической системы пропорциональны произведению токов, протекающих по катушкам; градуировка шкалы на постоянном токе справедлива и для переменных токов.

К достоинствам этих приборов относятся: 

  •  возможность перемножать измеряемые величины, т.е. измерять мощность;
  •  малая погрешность, так как в механизме нет железа.

Недостатки: 

  •  малая чувствительность;
  •  значительное потребление мощности;
  •  сложность конструкции;
  •  недопустимость перегрузки;
  •  нелинейность шкалы;
  •  влияние температуры, частоты и внешнего магнитного поля.

Выпускаются амперметры электродинамической системы для применения в цепях постоянного и переменного тока с частотами 50, 400, 1000, 2000,  3000 Гц.

Амперметры. 

Для измерения силы тока обе катушки соединяют параллельно или последовательно. При этом один и тот же ток протекает по обеим катушкам.

Уравнение (15) будет иметь вид:

 (17)

где SI – чувствительность по току.

При параллельном соединении катушек пределы измерения тока будут больше чем при последовательном.

Щитовые амперметры непосредственного включения выпускают с пределами измерений от 1 до 200 А. Расширение пределов (до 6кА) осуществляется при помощи измерительных трансформаторов тока.

 

3.2. Ферродинамические приборы

Ферродинамические приборы являются разновидностью электродинамических с тем отличием, что неподвижные катушки заключены в сердечники из ферромагнитного материала. 

Такая конструкция обеспечивает значительное увеличение вращающего момента и хорошую защиту от внешних магнитных полей.

Однако это приводит к увеличению погрешности прибора.

  1.  Термоэлектрические приборы

Приборы с термопреобразованием предназначены для работы в цепях переменного тока в диапазоне низких и высоких частот.

Термоэлектрический прибор состоит из термоэлектрического преобразователя и магнитоэлектрического амперметра (рис.13, а).

Преобразователь (рис.13, б) представляет собой нагреватель (1), по которому протекает измеряемый ток I, и связанную с ним термопару.

Во время измерения температура места соединения нагревателя и термопары приобретают значение Т1, а свободные концы термопары имеют температуру окружающего пространства T2 .

Разность температур вызывает термо-ЭДС 

,

где а – коэффициент пропорциональности, зависящий от материала термопары и ее конструкции.

В установившемся состоянии вследствие тепловой инерции температура нагревателя T1 постоянна и определяется рассеиваемой на нем мощностью.

Запишем такое выражение ,

где k – коэффициент теплоотдачи.

Из этих выражений для термо-ЭДС  запишем

,

где   - коэффициент пропорциональности;

Rн – сопротивление нагревателя;

I2 –квадратичное значение измеряемого тока.

Нагреватель включают последовательно в разрыв измеряемой цепи, а возникающую термо-ЭДС измеряют микроамперметром, работающим как милливольтметр.

Шкалу прибора градуируют в среднеквадратических значениях измеряемого тока.

Термоэлектрические преобразователи разделяются на контактные (рис.13,б), бесконтактные (рис.13, в) и вакуумные (рис.13, г).

В контактном преобразователе имеется гальваническая связь между нагревателем и термопарой, т.е. между входной и выходной цепями, что не всегда допустимо.

В бесконтактном преобразователе нагреватель отделен от термопары стеклянной или керамической бусинкой, так что между ними существует только незначительная емкостная связь. Чувствительность бесконтактного преобразователя ниже, чем у контактного. И у вакуумного термопреобразователя ниже, чем у контактного.

В вакуумном термопреобразователе нагреватель и термопара помещены в стеклянный баллончик.

Нагреватель представляет собой тонкую проволочку из манганина или нихрома.

Термопара состоит из разнородных материалов и сплавов, устойчивых при высоких температурах.

Термоэлектрические приборы получили широкое распространение

в качестве амперметров и миллиамперметров.

Максимальное значение измеряемого тока определяется сечением нагревателя и составляет от единиц миллиампер до десятков ампер. При необходимости измерения токов больших значений применяют трансформаторы тока.

Максимальная частота измеряемого тока зависит от сечения нагревателя и его длины и при минимальных размерах достигает сотен мегагерц.

К достоинствам термоэлектрических приборов следует отнести 

  •  независимость показаний от формы кривой измеряемого тока.

К недостаткам:

  •  малую чувствительность,
    •  неравномерность шкалы,
    •  недопустимую перегрузку.

  1.  Выпрямительные приборы

Для измерения переменного тока  в цепях повышенной частоты широко применяют выпрямительные приборы, состоящие из выпрямительного преобразователя и магнитоэлектрического амперметра (рис.14, а).

В качестве выпрямительных элементов используются полупроводниковые (германиевые или кремниевые) диоды, выпрямляющее действие которых определяется коэффициентом выпрямления

где Iпр и Iоб – прямой и обратный токи; Rпр и Rобпрямое и обратное сопротивление диода.

Коэффициент выпрямления зависит от частоты и значения преобразуемой электрической величины и от температуры окружающей среды.

С повышением частоты часть тока ответвляется через внутреннюю емкость диода и коэффициент выпрямления уменьшается.

Выпрямительные приборы работают по схемам одно- или двухполупериодного выпрямления (рис.14, б).

Однополупериодный выпрямитель. 

Ток в течение положительного полупериода проходит по измерительной ветви (открыт диод Д1 и витки катушки миллиамперметра), в течение отрицательного полупериода – по защитной ветви (диод Д2 и резистор R). Обе ветви идентичны, сопротивление резистора R равно сопротивлению катушки миллиамперметра Ra .

Через диод Д1 проходит пульсирующий ток i (рис.14, в), а показания миллиамперметра пропорционально постоянной составляющей тока или среднему значению Iср.

Если измеряемый ток синусоидальной формы, то

В схеме с двухполупериодного выпрямления (рис.14, г) измеряемый ток в течение положительного полупериода проходит по цепи Д1 – миллиамперметр – Д3 , а в течение отрицательного – Д2 – миллиамперметр – Д4.

Показание миллиамперметра пропорционально средневыпрямленному значению переменного тока.

Для синусоидального тока (рис.14, д)

Шкалу выпрямительного прибора всегда градуируют в среднеквадратических значениях тока синусоидальной формы.

.  (а - угол отклонения стрелки),

коэффициент формы .

Главными источниками погрешностей выпрямительных приборов являются: 

  •  погрешность градуировки миллиамперметра;
  •  емкость диодов;
  •  изменение температуры окружающей среды;
  •  выход частоты за пределы рабочего диапазона;
  •  отклонение формы кривой измеряемого тока от синусоидальной.

Для измерения больших токов применяют приборы со схемой, представленной на рис. 15, а. Здесь резисторы R являются шунтами для каждого полупериода тока.

В многопредельных амперметрах набор таких шунтов помещают внутри корпуса и переключают наружным ручным переключателем.

Выпрямительный вольтметр состоит из миллиамперметра и добавочного резистора Rд (рис.15, б). Добавочные резисторы располагаются внутри корпуса многопредельного вольтметра и переключают их при изменении предела измерения.

Выпрямительные приборы получили широкое распространение в качестве комбинированных измерителей постоянного и переменного тока и напряжения. Снабженные источником постоянного напряжения, они могут использоваться для измерения электрического сопротивления.


Рис.10 Электродинамический прибор

Рис.13 Термоэлектрический прибор

Рис.14 Схемы выпрямительных амперметров и графики токов и напряжений: а, б, в – при однополупериодном выпрямлении; г, д – при двухполупериодном выпрямлении

Рис. 15 Схемы выпрямительных приборов


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

10462. Ядро операционной системы 35.56 KB
  Тема: Ядро операционной системы. Ядро центральная часть операционной системы ОС обеспечивающая приложениям координированный доступ к ресурсам компьютера таким как процессорное время память и внешнее аппаратное обеспечение. Также обычно ядро предоставляет сервис...
10463. Операционные системы реального времени. Архитектуры ОСРВ 56.33 KB
  Тема: Операционные системы реального времени. Операционная система реального времени ОСРВ англ. RealTime Operating System тип операционной системы. Есть много определений термина по сути похожих друг на друга. Самые распространённые из них: Операционная система в ...
10464. Стандарты ОСРВ 37.03 KB
  Тема: Стандарты ОСРВ. Большие различия в спецификациях ОСРВ и огромное количество существующих микроконтроллеров выдвигают на передний план проблему стандартизации в области систем реального времени. Наиболее ранним и распространенным стандартом ОСРВ является...
10465. Настраиваемость операционных систем 69.04 KB
  Тема: Настраиваемость операционных систем. В последнее время одной из главных тем исследовательских работ в области операционных систем стало исследование настраиваемости customizability или адаптируемости операционной системы. Настраиваемой или адаптируемой операци
10466. Сетевые операционные системы, Управление локальными ресурсами 75.65 KB
  Сетевые операционные системы. Структура сетевой операционной системы Сетевая операционная система составляет основу любой вычислительной сети. Каждый компьютер в сети в значительной степени автономен поэтому под сетевой операционной системой...
10468. Сетевые операционные системы. Управление локальными ресурсами 144.5 KB
  Тема: Сетевые операционные системы. Управление локальными ресурсами. 1. Управление вводомвыводом Одной из главных функций ОС является управление всеми устройствами вводавывода компьютера. ОС должна передавать устройствам команды перехватывать прерывания и об
10469. Сетевые операционные системы. Управление распределенными ресурсами 158.47 KB
  Тема: Сетевые операционные системы. Управление распределенными ресурсами. Базовые примитивы передачи сообщений в распределенных системах. Единственным по-настоящему важным отличием распределенных систем от централизованных является межпроцессная вз...
10470. Современные концепции и технологии проектирования операционных систем 66.59 KB
  Тема: Современные концепции и технологии проектирования операционных систем. Требования предъявляемые к ОС. Операционная система является сердцевиной сетевого программного обеспечения она создает среду для выполнения приложений и во многом определя...