рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Системы электроизмерительных приборов

Системы электроизмерительных приборов - раздел Приборостроение, Элементная база электроники В Приборах Магнитоэлектрической СистемеВращающий Момент Созд...

В приборах магнитоэлектрической системевращающий момент создается в результате взаимодействия постоянного магнита с проводником с током. Подвижной частью может быть рамка с током или постоянный магнит, расположенный на оси.

Приборы магнитоэлектрической системы с подвижным магнитом являются приборами низких классов точности и применяются как указательные в транспортных средствах и др.

Электроизмерительные приборы с подвижной рамкой имеют высокую точность и применяются при более точных измерениях.

На рамку с током в магнитном поле действует электромагнитная сила.

Поскольку сила определяется по закону электромагнитной силы, то и вращательный момент будет пропорционален току, протекающему в рамке. Если противодействующий момент создается пружиной

= m,

то угол поворота рамки (стрелки прибора) пропорционален току в рамке

cI,

где m - удельный противодействующий момент,

с - постоянная величина.

Величина называется чувствительностью прибора и характеризует класс точности.

Поскольку угол поворота стрелки пропорционален току, шкала приборов магнитоэлектрической системы равномерная, что является преимущество таких приборов.

Магнитоэлектрические приборы применяют для измерения постоянных токов и напряжения.Они также могут использоваться для измерения сопротивления как гальванометры.

Амперметры и вольтметры магнитоэлектрической системы имеют высокий класс точности(до 0,1) и сравнительно небольшие внутренние потери энергии.

Недостаток приборов этой системы можно считать непригодность к работе в цепях переменного тока, чувствительность к перегрузкам и зависимость от окружающей температуры.

Магнитоэлектрическим прибором можно проводить измерения в цепях переменного тока, если в цепь подвижной катушки включить преобразователь переменного тока в постоянный.

Электроизмерительный прибор электромагнитной системы имеет неподвижную катушку и расположенную на оси ферромагнитную пластинку. Если в катушки протекает измеряемый ток, то созданное катушкой поле втягивает вглубь ферромагнитный лепесток. Если измеряется величина в цепи постоянного тока, то вращательный момент пропорционален квадрату тока. Если в катушке протекает синусоидальный ток, то вращающий момент пропорционален квадрату действующего значения этого тока

,

где k - коэффициент пропорциональности.

Угол отклонения подвижной части также пропорционален квадрату тока

.

С помощью специальной формы ферромагнитного лепестка можно немного уменьшить неравномерность. Создаются приборы, в которых шкала неравномерна только в начальной части.

Квадратичная пропорциональность означает, что направление отклонения стрелки не зависит от направления тока, т.е. приборами электромагнитной системы можно измерять как в цепях постоянного, так и в цепях переменного тока.

Приборы электромагнитной системы могут непосредственно измерять значительные токи (до 300 А) и напряжение (до 600 В). измерительный механизм амперметра на большой ток имеет катушку в виде одного витка медной шины. Электромагнитный вольтметр на большое напряжение имеет катушку с большим количеством витков провода малого сечения с дополнительными резисторами, которые компенсируют температурные погрешности.

Точность электромагнитного прибора значительно ограничивается из-за наличия ферромагнитного сердечника и связанного с этим явления остаточного намагничивания. Для уменьшения влияния гистерезиса (т.е. повышение класса точности прибора) сердечник изготавливают из специальных ферромагнитных сплавов (например, пермаллоев) с небольшой коэрцитивной силой.

Такие приборы имеют высокий класс точности, до 0,2.

Основными преимуществами приборов электромагнитной системы можно считать:

а) простоту, надежность, дешевизну;

б) возможность использования в цепях постоянного и переменного тока;

в) высокую перегрузочную способность.

К недостаткам приборов электромагнитной системы относят:

а) невысокую точность;

б) невысокую чувствительность;

в) большое собственное потребление электроэнергии (0,5…15 Вт);

г) ограниченный частотный диапазон измеряемых величин;

д) неравномерность шкалы;

е) чувствительность к влиянию внешних магнитных полей.

Собственное магнитное поле прибора очень слабое, поэтому внешнее поле значительно влияет на его показания. Для уменьшения влияния внешнего поля измерительный механизм защищают стальным экраном. Значительно меньше влияет внешнее поле на приборы электромагнитной системы с астатическим измерительный механизмом.

Астатический измерительный механизм имеет две неподвижные обмотки и два сердечника на одной оси. Обмотки включаются последовательно таким образом, что их потоки встречные, а действующие на сердечник моменты - согласные. В этом случае внешний магнитный поток усиливает момент второго сердечника. Поэтому в астатических электромагнитных приборах общий вращательный момент не зависит от внешнего магнитного поля.

Приборы электромагнитной системы применяются в промышленных электротехнических устройствах низкой частоты и постоянного тока, а также (достаточно широко) как щитовые амперметры и вольтметры классов 1,0; 1,5; 2,0.

Приборы электромагнитной системы имеют измерительных механизм, состоящий из двух катушек: неподвижной и подвижной. Неподвижная катушка имеет две секции, внутри которых на оси расположена подвижная катушка. При наличии тока в катушке возникают электромагнитные силы взаимодействия, стремящиеся повернуть подвижную катушку, т.е. вращающий момент пропорционален (для постоянных токов и соответствующей конструкции механизма) произведению токов:

.

Если прибор включить в цепь синусоидального тока, то вращающий момент пропорционален произведению действующих значений тока и косинуса сдвига фаз между ними

.

Электродинамические приборы можно использовать как амперметры, вольтметры, ваттметры в цепях постоянного и переменного токов.

Противодействующий момент создается двумя пружинами, по которым осуществляется и подвод тока к подвижной катушки. Подбирая формы катушек и их расположение , можно получить почти линейную шкалу вольтметров и амперметров, начиная с 20% верхней границы измерения.

Используя электродинамический прибор как амперметр, катушки включают параллельно, так как подвод большого тока к подвижной катушке через пружины ограничен. Обе обмотки включаются через дополнительные резисторы.

При измерении напряжения обмотки включаются последовательно друг с другом и также с дополнительными резисторами.

Если прибор используется как вольтметр, то неподвижную обмотку включают последовательно, а подвижную с дополнительным резистором - параллельно нагрузке. Угол отклонения стрелки пропорционален мощности нагрузки, поэтому шкала ваттметров электродинамической системы всегда равномерная. Направление отклонения подвижной части зависит от относительного направления тока в катушке. Поэтому зажимы токовой обмотки и обмотки напряжения, которые включают на источник питания, обозначаются звездой.

Приборы электродинамической системы имеют преимущество перед приборами других систем:

а) очень высокую точность (классы 0,1; 0,2; 0,5);

б) возможность использовать в цепях постоянного и переменного тока.

Высокая точность этих приборов обусловлена тем, что магнитные потоки замыкаются по воздуху, а не в ферромагнитных сердечниках, т.е. исключаются влияние погрешности явления гистерезиса, вихревых токов и др. Поэтому приборы электродинамической системы в виде переносных широко применяются в точных лабораторных исследованиях.

Основными недостатками приборов электродинамической системы считаются:

а) зависимость показания от влияния внешних магнитных полей из-за слабого собственного магнитного поля;

б) слабую перегрузочную способность вследствие ограничения токоподвода к подвижной катушке;

в) значительную потребляемую мощность;

г) незначительный вращающий момент.

Для уменьшения влияния внешних магнитных полей и с целью увеличения вращающего момента в приборах ферродинамической системыприменяется ферромагнитный сердечник. Неподвижная катушка этих приборов расположена на стальном магнитопроводе. Прибор создает мощный магнитный поток, который защищает его от влияния внешних полей и повышает вращающий момент.

Измерительные приборы ферродинамической системы имеют сравнительно низкую точность измерения и ограниченный диапазон частот. Приборы этой системы используют в основном как щитовые в цепях переменного тока. Большой вращающий момент дает возможность использовать ферродинамические системы в самопишущих приборах в цепях с частотой от 10 до 1500 Гц.

Принципиально приборы индукционной системыможно сделать любого назначения (амперметры, вольтметры, ваттметры, и т. п.). но самое большое распространение получили индукционные счетчики электрической энергии.

Индукционный счетчик - это маленький двигатель переменного тока. Принцип действия основывается на взаимодействии вращающегося (или бегущего) магнитного поля с вихревыми токами в подвижной части прибора.

Бегущее поле создается двумя магнитными потоками, которые сдвинуты по фазе на некоторый угол. Эти потоки создаются двумя электромагнитами. Обмотка одного электромагнита (с большим количеством витков) включена параллельно нагрузке. Обмотка второго имеет малое количество витков и включается последовательно с нагрузкой, т.е. один поток пропорционален напряжению, а второй - току нагрузки. Создается вращающий момент, пропорциональный мощности переменного тока

.

Противодействующий момент создается постоянным магнитом, в поле которого вращается подвижная часть - алюминиевый диск. В результате взаимодействия постоянного магнитного потока с вихревыми токами создается тормозящий момент . При постоянной частоте вращения

,

,

где W - энергия, потребляемой нагрузкой;

n - количество оборотов счетчика;

c - постоянный коэффициент (постоянная счетчика показывает количество киловатт-часов электроэнергии, соответствующее одному обороту диска).

Преимуществами приборов индукционной системы можно считать:

а) сравнительно большой вращающий момент;

б) устойчивость к значительным перегрузкам (по току до 300%);

в) независимость от внешних магнитных полей.

Стоит отметить, что счетчики индукционной системы используют для переменного тока лишь одной частоты. Показания приборов этой системы в значительной степени зависят от температуры окружающей среды.

Вообще счетчики индукционной системы очень надежны в эксплуатации. Они выпускаются промышленностью классов 1,0; 2,0; 2,5 (счетчики активной энергии) и 2,0; 3,0 (счетчики реактивной энергии). Бывают счетчики однофазные и трехфазные.

Для расширения пределов измерения энергии переменного тока по напряжению и току используют измерительные трансформаторы напряжения и тока.

Измерительный механизм прибора электростатической системысостоит из металлических изолированных пластин. Под действием потенциала подвижная пластина отклоняется, т.е. создается вращающий момент

,

пропорциональный квадрату постоянного напряжения, или действующего значения синусоидального напряжения.

Подбором формы и размеров пластин можно получить равномерную шкалу.

Приборы электростатической системы используются только как вольтметры постоянного и переменного напряжения.

Преимущество электростатических вольтметров можно считать:

а) малое собственное потребление электрической энергии;

б) нечувствительность к внешним магнитным полям и колебаниям температуры;

в) возможность измерять высокое напряжение без применения измерительных трансформаторов напряжения.

К недостаткам приборов этой системы можно отнести сравнительно низкую чувствительность приборов.

Для разрешения пределов измерения электростатическими вольтметрами применяются емкости и резистивные делители напряжения.

Цифровые приборы измеряют значения непрерывной электрической величины в отдельные моменты времени. Результат выдается в цифровой форме.

Промышленность изготовляет цифровые вольтметры постоянного напряжения от 1мкВ до 1000 В. Благодаря применению калиброванных шунтов эти приборы можно использовать как цифровые амперметры до 7500 А, а также как вольтметры переменного напряжения, частотометры, омметры и др.

Эти приборы имеют большую точность измерения (погрешности от 0,1 до 1%), большое быстродействие, широкий диапазон измерений. Цифровые приборы можно коммутировать с вычислительными машинами.

 

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Элементная база электроники

Московский государственый университет приборостроения и информатики..

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Системы электроизмерительных приборов

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

В.В. Филинов, А. В. Филинова
    Электроника и основы измерений   Учебное пособие

УТВЕРЖДЕНО
Ученым советом МГУПИ в качестве учебного пособия предоставлено кафедрой электротехника и электроника ИС-7 МГУПИ, Зав.кафедрой д.т.н., проф. Шат

Полупроводниковые материалы
  Работа полупроводниковых приборов основана на использовании электрических свойств материалов, называемых полупроводниками. По электропроводности полупроводники занимают про

P-n-переход и его свойства
  В p-n-переходе концентрация основных носителей заряда в p- и n-областях могут быть равными или существенно различаться. В первом случае p-n-переход называется симметричным, во второ

Полупроводниковые диоды
Полупроводниковым диодомназывается прибор, который имеет два вывода (приставка "ди-" означает два) и содержит один p-n-переходов. Все полупроводниковые диоды можно раздел

Биполярные транзисторы
Биполярным транзистором называется полупроводниковый прибор, имеющий два взаимодействующих между собой р-n-перехода. Технология изготовления биполярных транзисторов может быть разл

Полевые транзисторы
Полевым транзисторомназывают полупроводниковый электропреобразовательный прибор, ток которого управляется электрическим полем и который предназначен для усиления электрической мощн

Тиристоры.
Тиристоры– это полупроводниковые приборы с тремя или более p-n-переходами, которые имеют два устойчивых состояния и применяются как мощные электродные ключи. Тиристоры име

Интегральные схемы.
Микроэлектроника –это направление электроники, позволяющее с помощью комплекса технологических, конструктивных и схемотехнических средств создавать малогабаритные, высоконадежные и

Система обозначений полупроводниковых приборов и интегральных микросхем
Современные отечественные полупроводниковые приборы и интегральные микросхемы обозначают кодом, состоящим из букв русского алфавита и цифр. Первый элемент обозначения полупроводник

Параметры и характеристики усилителей
Основным параметром усилительного устройства является его коэффициент усиления. В соответствии с разделением усилителей на усилители напряжения, тока и мощности различают:

Принцип работы усилителя
Усилительные устройства предназначены для усиления переменных сигналов и, в частности, синусоидальных сигналов, подаваемых на вход усилителя. Наличие одного только усилительного элемента (

Усилители напряжения с общим эмиттером
(Усилительный каскад с коллекторной нагрузкой)

Эмиттерный повторитель
Малое Rвх и высокое Rвых сопротивления является недостатком УОЭ, не позволяющим к его входу подключать высокоомных источник входного сигнала и низкоомное нагрузочное устройств

Усилительный каскад на полевом транзисторе
Большое распространение получили усилительные каскады на полевых транзисторах, так как они обладают значительно большим входным сопротивлением по сравнению с усилительными каск

Истоковый повторитель
Усилительный каскад, аналогичный эмиттерному повторителю может быть построен на полевом транзисторе, называется каскад истоковым повторителем. Схема его приведена на рис.2.11.

Усилители мощности
Рассмотренные ранее усилительные каскады обеспечивают получение на выходе сигналов, мощность которых значительно выше мощности входных сигналов, однако, основным показателем работы этих каскадов яв

Многокаскадные усилители
  Рассмотренные выше однокаскадные усилители имеют, как правило, коэффициент усиления порядка нескольких десятков или сотен единиц. Однако, в реальных устройствах промышленной электро

Усилитель постоянного тока
  Для многих практических задач необходимо усиливать медленно изменяющиеся во времени электрические сигналы, являющиеся сигналами низкой частоты (в автоматике, системах управления и с

Обратные связи в усилителях
Конструирование различных электронных устройств на основе ОУ производится с использованием обратных связей. Обратной связью (ОС) называется передача части энергии выходного сигнала

Операционный усилитель
Операционный усилитель с отрицательной обратной связью наиболее часто применяется на практике (см. рис.2.21). Отрицательный характер ОС обусловлен подачей U1 на инвертирующий вход ОУ, та

Избирательный усилитель
  Рассмотренные выше схемы усилителей предназначены для усиления входных сигналов в широкой полосе частот.

Генераторы электрических сигналов
Генераторы гармонических сигналов предназначены для преобразования энергии источника питания в энергию электрического сигнала синусоидальной формы требуемой частоты и мощности. На

Источники питания электронных устройств
  Для работы различных электрических устройств необходимы источники электрической энергии (источники питания) постоянного напряжения. Преобразование переменного напря

Однополупериодный выпрямитель
Схема и временные диаграммынапряжений и токов однополупериодного выпрямителя приведены на рис.2.31. схема содержит Тр, в цепь вторичной обмотки которого включены последовательно, диод Д и сопротивл

Сглаживающие фильтры
Выпрямленное напряжение имеет пульсирующий характер и его нельзя непосредственно использовать для питания электронных устройств. Поэтому для уменьшения коэффициента пульсаций на входе выпрямителя п

Внешняя характеристика выпрямителя
  Внешней характеристикой выпрямителя называют зависимость напряжения на нагрузочном устройстве от тока в нем UН = ƒ(IН). Наличие такой зав

Стабилизаторы напряжения
Уменьшение напряжения нагрузки UН при изменении потребляемого тока IН (рис.2.35) или из-за изменения температуры является нежелательным явлением, т.к. снижают надежность работ

Амплитудой импульса А;
длительностью импульса tи обычно определяемой на уровне 0,1 А; длительностью фронта импульса tф – временем нарастания импульса от 0,

Электронные ключи и простейшие формирователи импульсов
  В состав многих импульсных устройств входят электронные ключи. Основу любого электронного ключа составляет активный элемент (полупроводниковый диод, транзистор, операционный

Импулсьный режим работы операционных усилителей
  Интегральные операционные усилители (ОУ) находят широкое применение в импульсной технике. Передаточная характеристика ОУ имеет вид рис.3.15, соответствующий передаточной характерист

Логические элементы. Серии цифровых интегральных схем
  К цифровым интегральным микросхемам относятся устройства, с помощью которых преобразуются и обрабатываются сигналы, выраженные в двоичном или другом цифровом

Триггеры
  Одно из наиболее распространённых импульсных устройств, относящимся к базовым элементам цифровой техники, — триггер (от англ. trigger — спусковой крючок). Триггером

Счетчики импульсов
  Подсчёт числа импульсов является наиболее распространённоё операцией в устройствах цифровой обработки информации. Повышенный интерес к таким устройствам объясняется их высокой точно

Регистры, дешифраторы, мультиплексоры
Регистромназывают устройство, предназначенное для записи и хранения дискретного «слова» – двоичного числа или другой кодовой комбинации. Регистр – один из основных элемент

Преобразователи (ЦАП и АЦП)
  Поскольку информация на входах цифровых устройств обычно представляется в двоичном коде, а большинство исполнительных механизмов для автоматизированного управления технологическими

Основные сведения о микропроцессорах
  История развития современных средств вычислительной техники насчитывает около 50 лет, однако, за этот период уже сменилось четыре поколения ЭВМ, существенно отличающихся друг от дру

Характеристики измерительных приборов
Основными являются диапазон измерений, чувствительность, порог чувствительности, потребляемая мощность, погрешности. Диапазон измерений– область значений измеряемой величи

Условные обозначения на шкале приборов
При практическом применении приборов необходимо определить их пригодность к предстоящему измерению той или иной величины. Данные о приборе в виде условных обозначений указываются на их шкалах и при

Метод построения амперметров и вольтметров непосредственной оценки
  Магнитоэлектрический, электромагнитный, электродинамический измерительные механизмы можно применять для измерения тока (амперметр) и напряжения (вольтметр). При изменении т

Электронные приборы непосредственной оценки
Большое распространение, наряду с вышенаписанным, получили электронные приборы для измерения тока и напряжения. Рассмотрим основные принципы построения электронных вольтметров.  

Измерение мощности в цепях постоянного тока и активной мощности в цепях переменного тока
Измерение мощности в цепях постоянного токавозможно косвенным методом при помощи амперметра и вольтметра, так как

Методы построения приборов сравнения (компенсации)
  В большой группе измерительных приборов реализуется метод сравнения измеряемой вели­чины с ее мерой (мерой называется образец, представляю­щий собой техническое средство, служащее д

Измерение параметров электрических цепей
Основными параметрами элек­трических цепей являются: для цепи постоянного тока со­противление R, для цепи переменного тока активное сопро­тивление

Измерения электрических величин цифровыми приборами
Цифровыми измерительными приборами (ЦИП) называются приборы, автоматически вырабатывающие дискретные сигналы измерительной информации, т. е. показания которых представлены в цифро­

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги