Електричні вимірювання. Визначення і класифікація засобів і методів електричних вимірювань. Похибки приладів та вимірювань. Аналогові електромеханічні вимірювальні прилади, страница 4

Магнітоелектрична система побудована на взаємодії магніт­них полів, створених постійним магнітом N-S і струмом І, який вимірюється. У вимірювальному механізмі приладів цієї системи (рис. 10.8, а) основними елементами є нерухомий магнітопровід 1, поділений проміжками 8, а також котушка 2, яка вільно повертається навколо циліндричного осердя.

У відповідності з законом Ампера на боки котушки діють сили F=к_FВ_δІ і виникає обертальний момент М_об=к_мВ_δІ, де В_δ - індукція магнітного поля магніту в проміжку; к_F, к_м - коефіці­єнти пропорційності, що визначаються параметрами котушки.

Рис. 10.8

У стані рівноваги М_об=М_пр кут повороту котушки і стрілки приладу

пропорційний струму, що вимірюється. Шкала приладу рівномірна. Знак, тобто напрямок дії моменту М_об і, отже, напрямокок відхилення стрілки залежать від напрямку струму І, тому магнітоелектрична система в поданому вигляді придатна тільки для кіл постійного струму.

Електродинамічна система (див. рис. 10.8, б) заснована на взаємодії (у відповідності з законом Ампера) струмів нерухомих 1 і рухомої 2 котушок. Прилади такої системи придатні як для кіл постійного, так і синусоїдного струму. У першому випадку М_об=k_мІ₁І₂ і є постійним, в другому - змінним, але прилад реагує на середнє значення моменту М_об=k_мI₁I₂соsφ, де І₁, І₂ - діючі значення струмів; φ - їхній фазовий зсув. Причому в обох випад­ках знак обертального моменту весь час зберігається, оскільки в колах постійного і синусоїдного струму за зміною напрямку одного струму неминуче те ж саме повторює й інший струм.

Прилади електродинамічної системи можуть бути реалізовані не тільки для вимірювання струму або напруги, але і потужності, якщо забезпечити пропорційність одного зі струмів, наприклад І₂, напрузі u₂. Тоді обертальний момент М_об=k_мІ₁U₂соsφ=к_MР і, отже, кут відхилення стрілки приладу також пропорційний активній потужності: α ~ k_мР.

Електромагнітна система. Вимірювальний механізм прила­дів електромагнітної системи (рис. 10.8, в) складається із нерухомої котушки 1 і рухомого феромагнітного осердя 2. Вимірювальний струм І, який проходить по котушці, створює магнітне поле, яке притягує осердя із силою F, пропорційною добутку магнітної індук­ції В і струму І.

Магнітна індукція В поля, в якому знаходиться осердя, про­порційна струму в котушці, тому сила F (8.13) і момент М_об, що діють на сталеве осердя, пропорційні квадрату вимірювального струму М_об=k_мІ². При рівновазі М_об=М_пр отримуємо k_мІ²=К_αα. Звідси кут відхилення рухомої частини приладу також пропор­ційний квадрату струму в котушці.

Шкала приладів електромагнітної системи нерівномірна, мало придатна для вимірювань у своїй початковій частині, відхилення стрілки відбувається тільки в один бік, є можливість вимірювань як у колах постійного, так і змінного струмів. Причому на змін­ному струмі прилад показує не миттєве, а діюче значення вимірю­ваної величини, що пов'язано з інерційністю рухомої частини вимірювального механізму.

Вимірювальний механізм приладів феродинамічної системи являє собою різновид вимірювальних механізмів електродина­мічної системи, яка відрізняється наявністю феромагнітного осердя. Осердя значно підсилює магнітне поле, роблячи прилад більш чутливим, і знижує вплив зовнішніх полів. Уведення осердя зменшує точність приладу через вплив гістерезису і вихрових струмів в осерді.

Принцип дії приладів індукційної системи заснований на вза­ємодії магнітних полів електромагнітів з вихровими струмами, що індукуються в легкому металічному дискові, який унаслідок цього обертається в їхньому міжполюсному просторі. Механізми індук­ційної системи використовуються, наприклад, у лічильниках електроенергії змінного струму.

У приладах електростатичної системи принцип дії вимірю­вального механізму засновано на взаємодії заряджених тіл - про­відників - у відповідності з законом Кулона. Цей механізм вико­нується у вигляді конденсатора змінної ємності, яка повільно змінюється при повороті рухомої частини. Кут повороту рухомої частини електростатичного приладу пропорційний квадратові напруги. Подібні прилади використовуються для вимірювання напруг від 10 В до 75 кВ у колах змінного і постійного струму.