додати матеріал


Електродинамічні та електромагнітні вимірювальні прилади

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Міністерство освіти Республіки Білорусь
Установа освіти
Білоруський державний університет
ІНФОРМАТИКИ І РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ
Кафедра метрології та стандартизації
РЕФЕРАТ
на тему:
«Електродинамічні та ЕЛЕКТРОМАГНІТНІ ВИМІРЮВАЛЬНІ ПРИЛАДИ»
МІНСЬК, 2008

1 Електродинамічні вимірювальні прилади
Найточнішими серед інших підгруп електромеханічних перетворювачів, які використовуються в ланцюгах змінному струму, є електродинамічні перетворювачі. В даний час багато хто з них випускаються з класами точності 0.05 і зберігають свої показання при переході з постійного струму на змінний.
Найбільш широке застосування електродинамічні перетворювачі знаходять як ватметрів постійного і змінного струму, амперметрів постійного і змінного струмів, фазометрів, частотомеров і фарадометров.
Принцип дії електродинамічних перетворювачів заснований на взаємодії магнітних полів струмів, що протікають по нерухомої і рухомої котушок (або системам котушок).
Електродинамічний перетворювач, конструкція якого і схема з'єднання котушок наведені на малюнку 1, а, б відповідно, включає в себе в загальному випадку систему нерухомих і рухомих котушок, відліковий пристрій, пружні елементи у перетворювачів з механічним протидіє моментом, заспокоювач та засоби захисту від зовнішніх магнітних полів.

а
б
Малюнок 1 - Електродинамічний перетворювач
Нерухомі котушки 1, як правило, виконують з двох секцій, рознесених у просторі. Це створює конструктивні зручності при розміщенні рухомої частини і, крім того, дозволяє зміною відстані між секціями змінювати конфігурацію магнітного поля, що використовується для лінеаризації функції перетворення перетворювача. Виконуються нерухомі котушки, як правило, з мідного дроту. Рухома котушка 2 виконується з мідного або алюмінієвого проводу і розміщується всередині нерухомої. Струмопровідними провідниками рухомої котушки служать пружні елементи (спіральні пружини 3), що створюють механічний протидіючий момент, або безмоментна провідники в логометра.
За формою котушки виконують круглими або прямокутними. Перші з них більш технологічні у виробництві і мають добротність на 15 - 20% вище в порівнянні з прямокутними. Це підвищує чутливість перетворювача. Прямокутні ж котушки використовуються з метою зменшення розмірів приладу.
Найбільш широке поширення в практиці електричних вимірювань знайшли електродинамічні амперметри та вольтметри змінного струму, ватметри постійного і змінного струму і, рідше, фазометри, частотоміри і фарадометри.
Амперметри. У електродинамічні амперметри використовуються послідовне і паралельне включення рухомий 2 і нерухомої 1 котушок. Послідовне включення котушок (рисунок 2, а) застосовується у амперметра, призначених для вимірювання малих (до 0,5 А) струмів. У цьому випадку струми I1 і I2 в нерухомої і рухомої котушках рівні між собою і фазовий зсув між ними j дорівнює нулю, тобто cos j = 1. Вираз для рівняння шкали для такого амперметра запишеться наступним чином:
. (1)
Шкала приладу в принципі є квадратичної, однак шляхом відповідного вибору форми, розмірів і взаємного розташування котушок можна домогтися такого закону зміни взаємної індуктивності М1, 2 при зміні кута повороту рухливої ​​частини α, що на ділянці шкали починаючи з 15 - 20% від її верхньої межі вона буде мати практично лінійний характер.

а
б
Малюнок 2 - Амперметри на основі електродинамічних перетворювачів
Ваттметри. У електродинамічних ваттметра рухома і нерухома котушки включаються незалежно один від одного (малюнок 3).

а
б
Малюнок 3 - Ваттметри на основі електродинамічного перетворювача
Фазометри. Електродинамічні фазометри створюються на базі логометріческого перетворювача. Електрична схема фазометра показана на рисунку 4, а.
Нерухома котушка 5-6 перетворювача утворює послідовну (струмовий) ланцюг приладу. Рухливі котушки 1-2 і 3-4 утворюють паралельну ланцюг. Послідовно з рухомою котушкою 3-4 включений резистор R1, що має активний опір, а послідовно з котушкою 1-2 - комплексне індуктивний опір, утворене резистором R і індуктивністю L. При такій схемі включення фазометра й індуктивному характері навантаження ZH векторна діаграма фазометра буде відповідати рисунку 4, б.

а
б
Малюнок 4 - Фазометри на основі електродинамічного перетворювача
Електродинамічні фазометри дозволяють вимірювати фазові зрушення в межах від 0 до 180 ° (частіше градуюються від плюс 90 до мінус 90 ° з нулем посередині шкали). Промисловістю випускаються фазометри з класами точності до 0,1. Досить висока точність їх забезпечується завдяки достоїнств, властивим електродинамічних перетворювачів.
Основними недоліками розглянутих фазометрів є те, що вони можуть працювати на фіксованих частотах і напругах. Зміна напруги U вимагає зміни елементів схеми фазометра R і R1 (для виконання умови I1 = I2), а значить, і характер шкали приладу при цьому зміниться. Зміна частоти також призводить до зміни характеру шкали з-за зміни реактивного опору ланцюга котушки 1-2, а значить, і співвідношення струмів I1 і I2.

2 Електромагнітні вимірювальні прилади
Відмінною особливістю електромагнітних приладів, що обумовлює їх широке застосування для вимірювань в ланцюгах змінного і постійного струмів в якості щитових амперметрів і вольтметрів, є їх високі експлуатаційні якості: простота конструкції, низька вартість, висока надійність, стійкість до електричних перевантажень, широкий діапазон вимірюваних величин. Основним недоліком цих приладів є невисока точність (вітчизняні електромагнітні прилади випускаються з класами точності до 0,5).
Всі електромагнітні прилади залежно від конструктивного виконання і характеру руху їх рухомої частини можуть бути розділені на резонансні і нерезонансні. Кожна з цих груп приладів у свою чергу ділиться на дві підгрупи: поляризовані і неполяризованих (у поляризованих приладах крім намагничивающей котушки використовуються постійні магніти). Так як резонансні електромагнітні прилади в даний час використовуються дуже рідко, то в цьому посібнику вони не розглядаються. Тут розглянуті лише неполяризованих нерезонансні електромагнітні перетворювачі, найбільш широко застосовуються в електровимірювальної техніки. Основу цих приладів становлять електромагнітні вимірювальні механізми, що відрізняються як за конструктивним виконанням, так і за своїми властивостями і параметрами.
Принцип дії всіх електромагнітних перетворювачів заснований на взаємодії магнітного поля струму, що протікає в котушці, з феромагнітним осердям.
Електромагнітні ІП можуть бути виконані так, що в результаті взаємодії магнітного поля котушки зі струмом і феромагнітного сердечника останній буде намагнічуватися однойменно з іншим нерухомим сердечником і відштовхуватися від нього (так звані перетворювачі відразливого дії), або ж таким чином, що в результаті впливу магнітного поля котушки зі струмом на феромагнітний сердечник він буде втягуватися в магнітне поле котушки (перетворювач втяжнимі дії).
Всі конструктивні різновиди електромагнітних ІП можна звести до двох основних типів (рисунок 5).

а
б
Малюнок 5 - Електромагнітні вимірювальні перетворювачі
Перетворювачі з плоскою котушкою (рисунок 5, а) складаються з котушки 2, в магнітному полі якої знаходиться феромагнітний сердечник 1 у формі усіченого диска або язичка, ексцентрично закріплений на осі рухомої частини. При протіканні по котушці струму феромагнітний сердечник втягується в магнітний зазор котушки, повертаючи при цьому вісь 3 з закріпленим на ній заспокоювачем 4 і стрілку 5 у бік збільшення показань. Регулювання кута відхилення рухомої частини здійснюється за допомогою магнітного шунта 6. Перетворювачі з плоскою котушкою менш технологічні у виготовленні, ніж механізми з круглою котушкою, проте вони мають підвищену чутливість, меншими габаритами і масою.
Перетворювачі з круглою котушкою (рисунок 5, б) складаються з котушки 1, рухомого 2 і нерухомого 3 феромагнітних сердечників, форма яких визначається необхідністю отримання необхідного характеру шкали перетворювача. При протіканні по котушці струму рухомий і нерухомий сердечники намагнічуються однойменно. Рухомий сердечник відштовхується від нерухомого, повертаючись разом з віссю 4 і закріпленої на ній стрілкою 6. Причому сила відштовхування виявляється прямо пропорційної значенням струму, що протікає по котушці. Протидіючий момент створюється за допомогою спіральної пружини 5. Заспокоєння рухомої частини здійснюється повітряним (крильчатиє) заспокоювачем, що складається із закритої камери 7 і легкого алюмінієвого крила 8, жорстко пов'язаного з віссю 4 рухливої ​​частини. Перевагою таких перетворювачів є їх простота, висока технологічність виготовлення і можливість отримання необхідного характеру шкали (за рахунок вибору форми сердечників. Конструктивно сердечники можуть бути циліндричними, призматичними або мати іншу форму). Чутливість таких перетворювачів виявляється нижче, ніж у перетворювачів з плоскою котушкою.
З проведеного розгляду можна зробити деякі висновки про властивості, переваги та недоліки електромагнітних перетворювачів:
- Електромагнітні перетворювачі можуть застосовуватися для вимірювань в ланцюгах як постійного, так і змінного струмів, так як напрямок відхилення рухомої частини не залежить від напрямку струму в обмотці. При застосуванні їх для вимірювань в ланцюгах змінного струму вони вимірюють среднеквадратические значення струму або напруги;
- Точність електромагнітних перетворювачів порівняно невисока внаслідок впливу втрат в сердечниках (на гістерезис і вихрові струми), зовнішніх магнітних полів, температури навколишнього середовища і частоти вимірюваних електричних величин;
- Чутливість електромагнітних перетворювачів за винятком перетворювачів із замкнутим магнітопроводом невисока, отже, власне споживання потужності від джерел перетворюваних сигналів у них досить значне;
- Функція перетворення електромагнітних перетворювачів за своїм характером є квадратичної, проте відповідним вибором форми і місцем розташування сердечника, тобто закону зміни індуктивності при зміні кута повороту рухливої ​​частини, можна отримати практично рівномірну шкалу на ділянці від 20 до 100% від її верхньої межі;
- Електромагнітні перетворювачі найбільш прості по своїй конструкції, мають низьку вартість і надійні в роботі;
- Електромагнітні перетворювачі здатні витримувати тривалі електричні перевантаження, так як токоподводящих елементами у них є мідні провідники відповідного перерізу, а не пружні елементи, що створюють протидіючий момент МПР і першими виходять з ладу при перевантаженнях у перетворювачах інших груп;
- Діапазон робочих частот для електромагнітних перетворювачів обмежений зверху частотами порядку декількох десятків кілогерц через виникнення великої частотної похибки на високих частотах внаслідок впливу вихрових струмів в сердечнику та інших металевих деталей перетворювача, а також внаслідок зміни індуктивного опору котушки при зміні частоти. Для зменшення додаткових частотних похибок сердечники і магнітопроводи електромагнітних перетворювачів виконуються з магнитомягких матеріалів з високою питомою опором (пермаллои).
Існують також електромагнітні логометріческіе перетворювачі, які застосовуються в фазометра, частотомерах, фарадометрах і т.п. Їх основні властивості аналогічні властивостям перетворювачів з механічним протидіє моментом.
Електромагнітні прилади знаходять широке застосування в практиці електричних вимірювань головним чином у вигляді різних щитових та лабораторних амперметрів і вольтметрів змінного струму. Крім того, на базі логометріческіх перетворювачів створюються фазометри, частотоміри і фарадометри.
Амперметри. Електромагнітні амперметри утворюються шляхом безпосереднього послідовного включення перетворювача в ланцюг вимірюваного струму. Вони використовуються для вимірювання порівняно невеликих струмів, оскільки при великих струмах сильний вплив на показання приладів надають магнітні поля струмопровідних проходів. Щитові амперметри, як правило, виготовляються однопредельнимі. Лабораторні прилади можуть мати кілька меж вимірювань, які змінюються шляхів секціонування обмотки котушки і включення секцій послідовно або паралельно. Для розширення меж вимірювання амперметрів на великі струми використовуються вимірювальні трансформатори струму.
Вольтметри. Вольтметри утворюються шляхом послідовного включення електромагнітного перетворювача і додаткового резистора Rд. При цьому для зменшення температурної похибки через зміни опору кола протікання вимірюваного струму відношення опору додаткового резистора Rд, виконуваного зазвичай з манганина, до опору мідного проводу котушки не повинно бути менше певного значення, що задається допустимої температурної похибкою. Тому в вольтметрах, призначених для вимірювання малих напруг, доводиться зменшувати опір котушки за рахунок зменшення числа її витків, що веде до зниження чутливості приладів. Для уникнення цього, розширення меж виміру вольтметрів у бік малих напруг здійснюється, як правило, не за рахунок зміни rд, а шляхом секціонування котушок та переходу з послідовного включення секцій на паралельне. Розширення меж вимірювань у бік великих напруг здійснюється до 600 В за допомогою додаткових резисторів, а на більш високі напруги - за допомогою вимірювальних трансформаторів напруги. Через різного характеру частотної залежності додаткового опору rд і опору котушки у вольтметрів можуть з'являтися додаткові (порівняно з амперметрами) частотні похибки.
Електромагнітні фазометри, частотоміри і фарадометри на базі логометріческіх перетворювачів скільки-небудь широкого застосування в електровимірювальної техніки не отримали і тому в даному посібнику не розглядаються.

ЛІТЕРАТУРА
1 Метрологія та Електрорадіоізмеренія в телекомунікаційних системах: Підручник для вузів. Нефедов В. І. та ін; Під ред. Нефедова В.І. - М.: Вищ. шк., 2001.
2 Єлізаров А.С. Електрорадіоізмеренія - Мн.: Виш.шк., 2006.
3 У. Болтон. Довідник інженера-метролога. М. Додека 2002.-386 с (пер. з англ.).
4 Дерябіна М. Ю., Основи вимірювань. Навчальний посібник. Мн., БДУІР, 2001.
5 Гума В.Т., Кострикіна А.М. Метрологія та вимірювання. Генераторні вимірювальні перетворювачі. Методичний посібник. Мн., БДУІР, 2004.
6 Архипенка О. Г., Білошицький А. П., Лялько С. В. Метрологія, стандартизація і сертифікація. Учеб. посібник. Ч.2. Основи стандартизації. Мн.: БДУІР, 2007.
7 М . Тулі. Довідковий посібник з цифрової електроніки. - М. Енерго-Атоміздат, 2000. (Пер. з англ.).
8 Електричні вимірювання / Под ред. А. В. Фремке та Є. М. Душина. - Л.: Енергія, 2000.
9 Левшина Є.С., Новицький П.В. Електричні вимірювання фізичних величин. Вимірювальні перетворювачі. - Л.: Вища школа, 2003.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Фізика та енергетика | Реферат
32.9кб. | скачати


Схожі роботи:
Електричні вимірювальні прилади
Цифрові вимірювальні прилади
Контрольно-вимірювальні прилади
Електронні вимірювальні прилади й сигнали
Урок креативного типу заснований на методі евристичних питань з теми Контрольно-вимірювальні прилади
Прилади приймально-контрольні пожежні прилади керування Апаратура та її розміщення
Прилади приймально контрольні пожежні прилади керування Апаратура та її розміщення
Квантові електродинамічні ефекти в атомних системах
Вимірювальні технології їх використання і розвиток
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru