Электроизмерительные приборы

Мстиславский  Государственный Строительный Профессиональна-Технический Колледж

 

Реферат на тему:

Электроизмерительные  приборы 

 

                                        Выполнил учащийся

                                                            Группы 11 СВ

                                                          Озёрский Владислав

 

 

 

                               

 

 

                                  

                                          Мстиславль 2012

"Электроизмерительные  приборы"

Содержание

1-Детали электроизмерительных приборов

2-Электромагнитные приборы

3-Магнитоэлектрические приборы

4-Электродинамические приборы

5-Ферродинамические приборы

6-Термоэлектрические приборы

7-Детекторные приборы

ДЕТАЛИ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

Устройство для создания противодействующего момента.

Принцип работы большинства  электроизмерительных стрелочных приборов основан на повороте подвижной их части под действием вращающегося момента. Последний создается током, связанным определенной зависимостью с измеряемой электрической величиной.

Если этому повороту ничем  не противодействовать, то подвижная  часть прибора либо повернется на наибольший возможный угол, либо придет в ускоренное движение.Противодействующий момент у большинства приборов создается закручивающейся упругой бронзовой пружиной 1, концы которой прикреплены: один -- к оси подвижной части прибора 2, а другой -- к неподвижной части прибора ( к вилке пружинодержателя) 3. Очевидно, что чем больше ток, проходящий через прибор, тем больше вращающий момент, действующий на подвижную часть прибора. Под действием этого вращающего момента подвижная часть прибора поворачивается, закручивая спиральную пружину. Пружина, в свою очередь, препятствует этому повороту. Поворот будет происходить до тех пор, пока вращающий и противодействующий моменты не сравняются:. Кроме того, спиральная пружина возвращает подвижную часть прибора в первоначальное (нулевое) положение после того, как прибор выключен из цепи.

Для уравновешивания стрелки  прибора иногда применяют грузики 4 (противовесы), навинченные на стержни  с мелкой резьбой, посредством которой  можно изменять расстояние грузиков от оси вращения.Для установки стрелки прибора против нулевого деления служит корректор, состоящий из поводка 5 и винта 6. Эксцентрично поворачивающийся выступ винта 6 изменяет положение пружино-держателя 3 и одного конца спиральной пружины 1, поворачивая тем самым стрелку 7 в нужную сторону. У многих приборов по две противодействующих пружины. Они помещаются либо рядом, либо у концов оси подвижной системы.

Шкалы приборов. Шкала прибора  служит для отсчета значений измеряемой величины. Кроме того, на шкалу обычно наносят условные обозначения, соответствующие  характеристикам данного прибора (род измеряемой величины, род тока, класс точности, принцип действия и т. д.).В многопредельных приборах шкала имеет определенное число условных делений, по которым путем пересчета определяют измеряемую величину в нужных единицах. Шкалы других приборов градуируют непосредственно в значениях измеряемой величины, -- это шкалы непосредственного отсчета.Различают равномерные и неравномерные шкалы. Достоинством равномерной является постоянство масштаба вдоль всей шкалы, что обеспечивает простоту отсчета измеряемой величины в любой части шкалы.Обычно в стрелочных приборах стрелка находится на некотором расстоянии от шкалы, а для снятия показаний приборов приходится проецировать положение стрелки на шкалу. При этом положение проекции стрелки зависит от угла между лучом зрения на стрелку и плоскостью шкалы, т. е. от положения глаза относительно стрелки и шкалы. Этот угол должен быть прямым. На практике трудно добиться такого угла, поэтому получается так называемая погрешность от параллакса (параллакс -- видимое смещение предмета из-за перемены места наблюдения). Для устранения этой параллактической погрешности на шкалах наиболее точных приборов укрепляют плоскую зеркальную пластину. Отсчет показаний снимают одним глазом, причем глаз располагают относительно стрелки и шкалы так, чтобы стрелка и ее изображение в зеркале сливались воедино.

Успокоители. Подвижную часть  прибора с противодействующей спиральной пружиной можно рассматривать как  некоторую колебательную систему. В самом деле, при включении  прибора в цепь подвижная его  часть под действием толчка, создаваемого быстро нарастающим вращающим моментом, поворачивается, но не сразу может  остановиться в положении, в котором  вращающий и противодействующий моменты равны (подобно тому, как  маятник не в состоянии остановиться, проходя через положение равновесия). Подвижная часть прибора будет  совершать затухающие колебания, и  для снятия показаний необходимо некоторое время для полной остановки  его стрелки.Для быстрой остановки подвижной части прибора применяют специальные устройства -- успокоители. Наиболее распространенными успокоителями являюгся воздушные и магнитоиндукционные.

 

Воздушный успокоитель представляет собой дугообразный цилиндр1, запаянный с одного конца. Внутри цилиндра находится поршень 2. Он жестко связан с подвижной частью прибора и не касается стенок цилиндра. Зазор между поршнем и цилиндром невелик и при быстрых перемещениях поршня давление внутри цилиндра не успевает выровняться с атмосферным. В цилиндре создаются то сгущения, то разрежения воздуха, которые препятствуют движению поршня и тем самым быстро успокаивают подвижную систему. При медленном же движении поршня часть воздуха может свободно входить в цилиндр и выходить из него через зазор, не препятствуя поворотам подвижной части прибора.

Иногда воздушный успокоитель  имеет форму замкнутой коробочки  со щелью .Эта щель служит для перемещения рычага /, на котором укреплена пластинка 2. Последняя не касается стенок коробочки и выполняет ту же роль, что и поршень. При движении пластинки в коробочке одновременно действуют и сгущения (по одну сторону пластинки) и разрежения (по другую сторону), препятствующие колебаниям.

Магнитоиндукционный успокоитель  представляет собой перемещающуюся между полюсами постоянного магнита  М легкую алюминиевую пластину А, жестко связанную с подвижной системой прибора. При колебаниях пластинки в магнитном поле постоянного магнита в соответствии с законом Ленца в ней индуцируются токи, препятствующие этим колебаниям, поэтому колебания подвижной системы и стрелки быстро прекращаются. Астатические измерительные приборы применяют для устранения влияния внешних магнитных полей на показания электромагнитных и электродинамических приборов. Астатический прибор -- это совокупность двух измерительных механизмов, подвижные системы которых объединены в одном приборе и воздействуют на одну и ту же ось со стрелкой. При этом измерительные механизмы расположены так, что под действием внешнего поля вращающий момент одного из них увеличивается, тогда как другого на столько же уменьшается, а общий вращающий момент, действующий на всю подвижную систему прибора, остается неизменным.

	полей

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПРИБОРЫ

Принцип действия приборов электромагнитной системы основан  на взаимодействии магнитного поля катушки, создаваемого измеряемым током, со стальным сердечником, помещенным в это поле. Неподвижная катушка 1состоит из каркаса с навитой изолированной  медной проволокой или медной лентой. При протекании измеряемого тока по обмотке катушки в ее плоской  щели 2 создается магнитное поле. Вне катушки на агатовых подпятниках  устанавливается ось 3 с эксцентрично укрепленным сердечником 4 из магнитомягкой стали со стрелкой 5. Магнитное поле катушки намагничивает сердечник и втягивает его внутрь щели, поворачивая тем самым и ось со стрелкой прибора. Этому повороту препятствует закручивающаяся спиральная пружина 6, создающая противодействующий момент.

Пусть катушка с током  создает магнитное поле, которое  намагничивает фасонный стальной сердечник  и создает некоторую силу , стремящуюся повернуть сердечник вокруг оси. При перемещении точки С сердечника по дуге будет совершена работа:

где R - радиус вращения точки  С и - центральный угол, соответствующий  дуге .Работа совершается за счет энергии магнитного поля катушки, поэтому

= а учитывая, что , получим:

Повороту сердечника противодействует спиральная пружина, создавая противодействующий момент , где k - жесткость пружины, а б - угол поворота сердечника. Тогда при достижении равновесия , . Вообще говоря, и сильно зависит от формы сердечника. Положив в пределах поворота сердечника , получим

где .

Полученный результат  показывает, что шкала электромагнитного  прибора неравномерная. Она, в основном, должна быть квадратичной, т. е. сжатой в начале и растянутой в конце. Однако путем придания фасонной формы  сердечнику и расположением его  в катушке (что приведет к изменению  множителя ) можно существенно улучшить характер шкалы, сделав ее практически  разномерной в рабочей части.Направление отклонения стрелки прибора не зависит от направления тока в катушке, так как при изменении направлена тока одновременно изменяется направление магнитной индукции внутри катушки и в сердечнике, а характер их взаимодействия (притягивание) не изменяется. Этот же вывод следует и из выражения вращающего момента , в которое значение тока входит в квадрате. Поэтому приборы электромагнитной системы пригодны и для измерения переменных токов. При измерении переменного ^тока подвижная система прибора поворачивается на некоторый угол, определяемый средним значением вращающего момента за период. Определим вращающий момент подвижной системы прибора.Пусть измеряемый ток изменяется по закону

Тогда мгновенное значение вращающего момента равноа среднее за период значение этого момента

Таким образом, среднее значение вращающего момента, действующего на подвижную  систему электромагнитного прибора  при измерениях переменного тока, пропорционально квадрату действующего значения переменного тока, т. е.. Квадратичная зависимость угла поворота подвижной системы электромагнитного прибора от тока имеет простое физическое объяснение: ток в катушке создает магнитное поле, которое намагничивает сердечник. В результате намагниченный сердечник взаимодействует с катушкой, при этом намагниченность сердечника изменяется вместе с изменениями тока в катушке.

Мы рассмотрели устройство и действие приборов с плоской  катушкой. Помимо этой конструкции  в настоящее время широкое  применение получили так называемые приборы с круглой катушкой .

Измеряемый ток протекает  по обмотке круглой катушки 1 и  создает внутри нее магнитное  поле, в котором помещаются два  стальных сердечника: один -- неподвижный 2, прикрепленный к каркасу, другой -- подвижный 3, связанный с осью прибора.

 МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ  ПРИБОРЫ

Принцип действия приборов магнитоэлектрической системы основан  на взаимодействии проводника с током (рамки 3) с магнитным полем постоянного  магнита М.Подковообразный постоянный магнит М, стальные полюсные наконечники N и S, стальной цилиндр 2 образуют магнитную цепь (полюсные наконечники и стальной цилиндр служат для уменьшения магнитного сопротивления этой цепи). Благодаря форме полюсных наконечников в большей части воздушного зазора между цилиндром и наконечником создается радиально направленное однородное магнитное поле, в котором может поворачиваться подвижная рамка 3. Рамку прибора (обмотку) чаще всего выполняют из изолированного провода на легком алюминиевом каркасе, укрепленном на двух полуосях. Измеряемый ток проходит в рамку через токоведущие спиральные пружины 5, служащие одновременно и для создания противодействующего-момента.При протекании тока по рамке на ее стороны, находящиеся в воздушном зазоре, действует пара сил (токи в этих сторонах рамки имеют противоположное направление), создающая вращающий момент и поворачивающая эту рамку в ту или иную сторону вокруг оси. Направление силы F, действующей на одну сторону рамки, может быть определено по правилу левой руки, а значение -- по закону Ампера:

где В - магнитная индукция в зазоре, - длина активной стороны  рамки, I - сила тока в рамке, - число  витков рамки , - угол между плоскостью рамки и вектором индукции в воздушном зазоре. Благодаря тому что магнитное поле в рабочем зазоре радиальное(), то момент этой пары сил (вращающий момент) равен где d - ширина рамки, являющаяся плечом пары. Так как величины В, для данного прибора постоянные, то их произведение дает также постоянную величину, которую обозначим через :

Тогда .

Под действием этого вращающего момента рамка поворачивается,закручивая (или раскручивая) спиральные пружины, создающие противодействующий моментгде - постоянная, характеризующая жёсткость пружин, б - угол поворота оси со стрелкой. Очевидно, что рамка будет поворачиваться до тех пор, пока противодействующий момент, увеличиваясь с углом поворота, не окажется равным вращающему, т. е.откуда

где - постоянная данного прибора по току. Таким образом, угол поворота стрелки магнитоэлектрического прибора пропорционален току в рамке и шкала такого прибора равномерная. Механизм магнитоэлектрического прибора может быть использован для устройства гальванометра, амперметра и вольтметра. Ток, проходя по обмотке рамки, создает напряжени , равное приложенному, тогда

где - постоянная прибора по напряжению. Из последнего соотношения следует, что магнитоэлектрический механизм можно использовать для изготовления вольтметра. В этом случае сопротивление рамки должно быть достаточно большим с тем, чтобы прибор можно было включать параллельно нагрузкам. Однако для этого пришлось бы рамку делать из большего числа витков тонкой проволоки (а для амперметра -- из небольшого числа витков толстой проволоки). Как в том, так и в другом случае рамка получилась бы тяжелой, а прибор -- грубым. На практике рамки амперметров и вольтметров не имеют принципиального различия. В первом случае рамку шунтируют, а во втором -- последовательно с ней включают добавочное гасящее сопротивление.

Принцип градуирования магнитоэлектрического прибора в качестве вольтметра основан на прямой пропорциональной зависимости между током в рамке и приложенным к ней измеряемым напряжением.

Для переменных токов эти  приборы без дополнительных устройств -- выпрямителей -- непригодны, так как направление отклонения стрелки прибора зависит от направления тока в рамке. Следовательно, в цепи переменного тока подвижная часть прибора ничего не покажет. Поэтому, если нулевое деление шкалы находится не в ее середине, а на левом краю, то около зажимов прибора ставятся знаки "+" и "--", к которым следует подключать провода соответствующей полярности. При неправильном включении такого прибора стрелка упирается в ограничитель, стремясь уйти в противоположную сторону за нулевое деление шкалы. Специальных успокоителей в магнитоэлектрических приборах не делают.