Электромеханические измерительные системы
Измерительные приборы для измерения параметров электрической цепи можно поделить на следующие виды:
-стрелочные приборы на базе электромеханических измерительных систем,
-аналоговые электронные вольтметры.
-универсальные цифровые вольтметры.
Структурную схему аналогового электромеханического прибора в общем виде можно представить как:
Измерительная цепь – обеспечивает преобразование электрической величины Х в промежуточную электрическую величину Y, функционально связанную с величиной Х и пригодную для непосредственной обработки измерительным механизмом.
Измерительный механизм – основная часть прибора, предназначенная для преобразования электромагнитной энергии в механическую, необходимую для создания угла поворота a.
Отсчетное устройство – состоит из указателя, связанного с измерительным механизмом и шкалы.
По типу измерительного механизма приборы делятся на:
магнитоэлектрический механизм;
электромагнитный механизм;
электродинамический механизм;
ферродинамический механизм;
электростатический механизм:
Общие технические требования ко всем электроизмерительным приборам нормируются ГОСТ 22261-82.
Условные обозначения определены в ГОСТ 23217-78.
Магнитоэлектрические измерительные приборы
Общее устройство прибора электромагнитного типа показано на рис. 1 и рис. 2.
Рис.1 Рис.2
На рис. 1 показана схема магнитоэлектрического механизма с подвижным магнитом, а на рис. 2- с неподвижным магнитом.
На рисунке приняты следующие обозначения:
1- стрелка; 2- катушка; 3- постоянный магнит; 4- пружина; 5- магнитный шунт; 6- полюсные наконечники.
Данный механизм, примененный непосредственно, может измерять только постоянные токи.
Достоинства магнитоэлектрических приборов: большой вращающий момент при малых токах, высокие классы точности, малое самопотребление, высокая чувствительность,
Недостатки магнитоэлектрических приборов: сложность конструкции, высокая стоимость, невысокая перегрузочная способность.
Данная система применяется в тестерах, гальванометрах.
Элекродинамические измерительные приборы
Устройство электродинамического механизма и векторная диаграмма, поясняющая его работу, приведены на рис. 3:
Рис. 3
Электродинамический измерительный механизм работает по принципу взаимодействия магнитных потоков двух катушек. Электродинамический механизм состоит из двух катушек. Одна из них подвижная, а другая укреплена неподвижно. Токи, протекающие по этим катушкам и магнитные потоки, ими образуемые, при своем взаимодействии создают вращающий момент.
Показание прибора будет пропорционально токам протекающим по катушкам и косинусу угла сдвига фаз токов.
Достоинства:
-возможность измерения комбинации двух токов, например мощности,
-возможность измерения фазы.
Недостаток:
-малая чувствительность
-большое потребление мощности от измеряемой цепи.
Применяются в основном при токах 0.1…10А и напряжениях до 300 В.
Система применяется для измерения напряжений, токов и мощности.
Ферродинамические приборы
Ферродинамический прибор выполняется на основе электродинамического механизма, у которого неподвижная катушка намотана на магнитопровод. Это защищает прибор от внешних электромагнитных полей и создает больший вращающий момент, т. е. повышается чувствительность.
Электромагнитные измерительные приборы
Устройство измерительного механизма электромагнитного типа показано на рис. 4:
Рис. 4.
В электромагнитных измерительных механизмах для создания вращающего момента используется действие магнитного поля катушки с током на подвижный ферромагнитный (чаще пермоллоевый) лепесток. Достоинства электромагнитных механизмов: пригодность для работы в цепях постоянного и переменного тока; большая перегрузочная способность; возможность непосредственного измерения больших токов и напряжений; простота конструкции. Недостатки электромагнитных механизмов: неравномерная шкала; невысокая чувствительность; невысокая точность, большое самопотребление мощности; подверженность влиянию изменения частоты; подверженность влиянию внешних магнитных полей и температуры.
Применяется для щитовых приборов в электротехнических установках.
Электростатические измерительные приборы
Схемы механизмов различных конструкций показаны на рисунке. На рис. 5 а приведена схема с изменяющейся площадью электродов, а на рис. 6- с изменяющимся расстоянием между электродами.
Рис. 5 Рис.6
Принцип действия электростатического измерительного механизма основан на взаимодействии сил, возникающих между двумя разнозаряженными пластинами. Достоинства электростатических приборов: высокое входное сопротивление, малую входную емкость, малую мощность самопотребления, широкий частотный диапазон, могут использоваться в цепях переменного и постоянного тока, показания не зависят от формы кривой измеряемого сигнала. Недостатки электростатических приборов: приборы имеют малую чувствительность и невысокую точность.
Применяется в вольтметрах для высоких и сверхвысоких частот.
В зависимости от назначения стрелочного прибора применяется та или иная электромеханическая система. Для тестеров обычно применяют магнитоэлектрическую измерительную систему. Измерительные головки на базе данной системы имеют наивысшую чувствительность. За счет включения в прибор дополнительных устройств можно измерять напряжение, силу тока и сопротивление.
Достоинствами стрелочных тестеров, обеспечивающими их массовое применение, являются:
-универсальность, то есть возможность измерять различные величины (U, I, R) в достаточно широком интервале (напряжение в интервале от долей вольта, до 250-1000В, сопротивление от нескольких Ом, до сотен КОм),
-малая чувствительность к электрическим помехам при измерении постоянных напряжений.
-высокая оперативность отсчета, когда требуется лишь оценка нахождения сигнала в заданной зоне.
Обладает стрелочный тестер и существенными недостатками. Главные из них:
-невысокая надежность электромеханических измерительных систем при неправильной установке рода работы или предела измерения,
-малая точность,
-неудобство считывания результата измерения по шкалам,
-невысокое входное сопротивление в режиме измерения напряжения, что приводит к существенной методической ошибке при измерениях.
В последние годы электромеханические измерительные приборы почти повсеместно вытесняются цифровыми.