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

56129. Сон, його фізіологічні механізми та гігієна сну 6.96 MB
  Мета: виховувати бережливе ставлення до свого здоровя та гігієнічну необхідність здорового сну пізнавальний інтерес до теми; дати поняття про основний ритм життя людини встановити фази сну і їх фізіологічне значення...
56130. Сон і його значення 48 KB
  Мета: розкрити біологічні основи сну і сновидінь причини порушення сну сформувати поняття про фази сну та його роль в житті людини. Обладнання: схема фаз сну людини таблиці медіа фрагменти.
56134. СПОСТЕРЕЖЕННЯ ЗА ВИСОТОЮ СОНЦЯ НАД ГОРИЗОНТОМ, ПОГОДОЮ, СЕЗОННИМИ ЗМІНАМИ В ПРИРОДІ 44.5 KB
  Дата Довжина тіні від гномона м Кут висоти Сонця Сезонні зміни у живій природі Сезонні зміни у неживій природі 23 вересня 1036 43о Частина листя жовтіє опадають окремі листки Середньодобова температура повітря різко знижується 23 жовтня 1382...