Основы теоретической метрологии. Методы и средства измерения линейных размеров и углов. Методы и средства измерения отклонений формы и шероховатости поверхности. Методы и средства неразрушающего контроля, страница 39

Рис 4. Расширение пределов измерения вольтметра

Если необходимо измерять напряжение а верхний предел измерения прибора U_В , то величина добавочного сопротивления должна быть

, где n= U/U _В.

Добавочные сопротивления также бывают внутренними, встроенными в корпус вольтметра (при напряжении до 600 В) или наружными (при напряжении 600 - 1 500 В). Наружные добавочные сопротивления выпускаются на определенные номинальные токи (от 0,5 до 30 мА) и имеют классы точности от 0,02 до 1. Шунты и добавочные сопротивления изготавливаются из материалов с высоким удельным сопротивлением (манганин, константан), имеющих температурный коэффициент сопротивления, близкий к нулю.

В электромагнитных измерительных механизмах вращающий момент возникает в результате взаимодействия магнитного поля неподвижной катушки, по обмоткам которой течет измеряемый ток, с подвижным ферромагнитным сердечником. Одна из конструкций электромагнитного механизма представлена на рис. 5, где 1 - катушка; 2- сердечник, укрепленный на оси прибора;3 - воздушный успокоитель; 4 -спиральная пружинка, создающая противодействующий момент. При появлении тока в катушке сердечник стремится расположиться в месте с наибольшей концентрацией поля, т. е. втягивается в зазор катушек. Подвижная часть механизма поворачивается до тех пор, пока вращающий момент не уравновесится противодействующим моментом, создаваемым пружиной.

Рис 5. Устройство эллектромагнитной системы прибора

Основное уравнение преобразования

  , где L - индуктивность катушки.

 Поскольку α пропорционален I² , то он не зависит от направления тока. Поэтому приборами с электромагнитными преобразователями можно измерять как постоянные, так и переменные токи. Шкала прибора квадратичная. Однако выбором формы сердечника ее можно приблизить к линейной.

 Достоинствами приборов электромагнитной системы являются простота конструкции, способность выдерживать значительные перегрузки, возможность градуировки приборов, предназначенных для измерений в цепях переменного тока, на постоянном токе. К недостаткам приборов можно отнести большое собственное потребление энергии, невысокую точность, малую чувствительность и сильное влияние магнитных полей.

Промышленностью выпускаются амперметры электромагнитной системы с верхним пределом измерения от долей ампера до 200 А и вольтметры с пределами измерения от долей вольта до сотен вольт. При необходимости расширения пределов измерения амперметров и вольтметров применяются шунты и добавочные сопротивления. Приборы электромагнитной системы применяются в основном в качестве щитовых амперметров и вольтметров переменного тока промышленной частоты. Класс точности щитовых приборов 1,5 и2,5. В некоторых случаях они используются для работы на повышенных частотах: амперметры до 8 000 Гц, вольтметры до 400 Гц. Выпускаются также переносные приборы электромагнитной системы классов точности 0,5 и 1,0 для измерения в лабораторных условиях.

В электродинамических измерительных механизмах вращающий момент возникает в результате взаимодействия магнитных полей неподвижной и подвижной катушек с током. Измерительные механизмы состоят из пары неподвижных катушек 1 (круглой или прямоугольной формы), соединенных последовательно (рис. 6).

Внутри этих катушек на оси находится бескаркасная подвижная катушка (рамка) 2. Для подвода тока в подвижную катушку и создания противодействующего момента применяют спиральные пружины.

Угол отклонения

, где М_1,2 - взаимная индуктивность между катушками 1 и 2; I₁и I₂ -среднее квадратическое значение токов;  j - фазовый сдвиг между токами. 

Электродинамические ИМ (рис. 6) содержат две цепи тока, поэтому являются множительными устройствами и обладают фазочувствительностью. Данная особенность позволяет применять их не только для измерения тока, напряжения, но также мощности и фазы.

Достоинства электродинамических ИМ -высокая точность и возможность использования их в цепях постоянного и переменного токов; недостатки - малая чувствительность, влияние внешних магнитных полей на показания ИМ (слабое собственное магнитное поле), большая мощность потребления, ограниченный частотный диапазон (до 1,5 кГц).