Меню

Измерительный механизм переменного тока



Измерительные механизмы приборов

Измерительные механизмы приборов Измерительный механизм — основная часть каждого измерительного прибора.

При воздействии на измерительный механизм измеряемой или функционально связанной с ней вспомогательной величины происходит перемещение его подвижной части. По углу поворота или по линейному перемещению подвижной части определяется значение измеряемой величины.

Магнитоэлектрический измерительный механизм

Подвижная часть магнитоэлектрического измерительного механизма (рис. 7-1) состоит из прямоугольной катушки (рамки) В. Обмотка рамки из тонкой изолированной медной проволоки наложена на алюминиевый каркас. На рамке укреплены две полуоси — керны, установлен ные в опорах. На одной из полуосей. укреплены стрелка и концы спиральных пружин, через которые ток подводится к обмотке рамки.

Боковые стороны рамки расположены в узком воздушном зазоре А между неподвижным стальным цилиндром В и олюсными башмаками N’ ,S’. Сильный постоянный магнит.

N, S создает в воздушном зазоре однородное радиальное магнитное поле.

На боковые стороны обмотки рамки, расположенные в магнитном поле, при наличии тока в обмотке, будет дейстовать пара сил F, F (рис. 7-2). Таким образом, создаётся

Рис. 7-1. Магнитоэлектрический измерительный механизм.

вращающий момент, пропорциональный току в рамке

где Ʀ — коэффициент пропорциональности.

Под действием этого момента рамка повернется на угол α, при котором вращающий момент уравновесится про тиводействующим моментом пружин, Последний пропорционален углу закручивания пружин Mпр =

где D — коэффициент пропорциональности. Из равенства вращающего и противодействующего моментов

= ƦI

находим выражение угла поворота рамки α = (Ʀ/D)I

из которого следует, что угол поворота пропорционален току.

Получение вращающего момента в магнитоэлектрическом измерительном механизме

Рис. 7-2. Получение вращающего момента в магнитоэлектрическом измерительном механизме

Ток в катушке измерительного механизма

I = (D/Ʀ)α = Сα,

где С = D/Ʀ постоянная по току, известная для каждого прибора.

Таким образом, измеряемый ток определяется путем отсчета угла поворота рамки и умножения на постоянную прибора. Отсчет угла производится по указательной стрелке и шкале, укрепленной за концом стрелки.

Успокоителем называется приспособление, предназначенное для уменьшения времени колебаний подвижной части, возникающих после включения прибора.

В магнитоэлектрическом измерительном механизме успокоителем является алюминиевый каркас рамки. При повороте подвижной части изменяется магнитный поток, пронизывающий каркас. В каркасе индуктируются токи, взаимодействие которых с магнитным полем магнита создает тормозной момент, обеспечивающий успокоение.

Рассматриваемый измерительный механизм в связи с малым сечением пружин и проволоки обмотки изготовляется на малые номинальные токи 10—100 ма и меньше.

При включении магнитоэлектрического измерительного механизма рассмотренной конструкции в цепь переменного тока вращающий момент будет изменяться пропорционально мгновенному значению тока. При таком быстром изменении момента вследствие инерции подвижная часть не успеет следовать за изменением момента и она отклонится на угол, пропорциональный среднему за период значению вращающего момента. При синусоидальном токе среднее значение тока, а следовательно, и момента равно нулю и подвижная часть не отклонится. Таким образом, рассмотренный измерительный механизм пригоден только для измерений в цепи постоянного тока.

Электромагнитный измерительный механизм

Электромагнитный измерительный механизм показан на рис. 7-3. Он состоит из неподвижной катушки А и подвижной части — стального сердечника Б, указательной стрел ки, пружины и секторообразного алюминиевого листка В успокоителя, укрепленных на одной оси. Измеряемый ток, проходя по неподвижной катушке, создает магнитное пате, которое намагничивает сердечник Б и втягивает его внутрь катушки. По углу поворота сердечника определяют величину тока в катушке.

Электромагнитный измерительным механизм

Рис. 7-3. Электромагнитный измерительным механизм

При движении листка В успокоителя в магнитном поле Магнита М в нем индуктируются вихревые токи. Взаимодействием этих токов с полем магнита создается тормозной момент, обеспечивающий успокоение.

Электромагнитный измерительный механизм применим для цепей постоянного и переменного тока, так как втягивание сердечника в катушку не зависит oт направления тока.

Вследствие влияния остаточной индукции сердечника втягивание сердечника, а следовательно, и показание измерительного механизма может быть различным при одинаковых значениях тока при увеличении тока и при уменьшении его. Следовательно, возможна погрешность от остаточной индукции. Для уменьшения этой погрешности сердечники изготовляют из пермаллоя, остаточная индукция которого ничтожна.

Электродинамический измерительный механизмДля уменьшения погрешности от внешних полей измерительный механизм окружают стальными экранами или кожухами. Для той же цели применяют астатические измерительные механизмы с двумя последовательно соединенными катушками и соответственно с двумя сердечниками на одной оси. Измеряемый ток создает в катушках поля противоположного направления. Внешнее однородное поле уменьшает магнитное поле одной катушки и настолько же увеличивает поле второй катушки, таким образом, результирующее влияние внешнего поля будет ничтожным.

Электродинамический измерительный механизм

Электродинамический измерительный механизм (рис. 7-4 и 7 -5) состоит из двух катушек — неподвижной А, имеющей две секции, и подвижной Б., укрепленной на одной оси с указательной стрелкой, крылом В воздушного успокоителя и двумя спиральными пружинами.

При прохождении тока I1 по неподвижной катушке и тока I2 по подвижной катушке между ними возникает электродинамическое взаимодействие. В результате на подвижную катушку будет действовать пара сил FF (риc. 7-5), т. е. вращающий момент. Поворот подвижной катушки происходит до тех пор, пока вращающий момент не уравновесится противодействующим моментом пружин.

При постоянном токе вращающий момент и угол поворота подвижной катушки пропорциональны произведению токов в катушках

Получение вращающего момента в электродинамическом измерительном механизмеПри переменном токе мгновенный вращающий момент пропорционален произведению мгновенных значений токов, а средний за период вращающий момент и пропорциональный ему угол поворота подвижной катушки определяются произведением действующих значений токов в катушках и косинусу угла сдвига между ними, т.е.

Рис. 7-4. Электродинамический измерительный механизм.

До этому углу поворота, как будет показано ниже, определяют значение измеряемой величины.

Отсутствие стали в измерительном механизме, а следовательно, и погрешности от остаточной индукции обеспечи вают возможность изготовить эти механизмы для измерений высокой точности.

Для уменьшения погрешностей от внешних магнитных полей, обусловленных слабым магнитным полем измерительного механизма, применяются те же средства, что и для электромагнитных измерительных механизмов.

Ферродинамический измерительный механизмСлабому магнитному полю соответствует слабый вращающий момент и, следовательно, для получения высокой точности необходимо уменьшить погрешность от трения. Это достигается уменьшением веса по движной части и безупречной обработкой осей и опор. Кроме того, поперечное сечение пружин и провода подвижной катушки мало, поэтому электродинамический измерительный чувствителен к перегрузке.

Рис. 7-5. Получение вращающего момента в электродинамическом измерительном механизме.

Ферродинамический измерительный механизм

Принцип работы этого измерительного механизма тот же, что и электродинамического. Он отличается от последнего наличием стального сердечника из листовой стали, на который наложена неподвижная катушка, и неподвижного цилиндра из той же стали, который охватывается подвижной катушкой (рис. 7-6).

Рис. 7-6. Ферродинамический измерительный механизм.

Стальной магнитопровод усиливает поле измерительного механизма, вследствие чего увеличивается вращающий момент, что приводит к более прочной конструкции и уменьшает влияние внешних магнитных полей на показание измерительного механизма. Применение стали увеличивает погрешности от остаточной индукции и вихревых токов в магнитопроводе.

Статья на тему Измерительные механизмы приборов

Источник

Измерительные мосты переменного токa

ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ.

Теплота, выделяемая током в нагревателе, не зависит от частоты, поэтому термоэлектрическими приборами можно пользоваться и на постоянном токе и на переменном, включая радиочастоты.

При малых значениях измеряемых токов (150—300 мА) применяют вакуумные термопреобразователи.

Современные термопреобразователи используют как на постоянном токе, так и на частотах вплоть до 100 МГц. но с увеличением частоты вследствие поверхностного эффекта повышается сопротивление нагревателя. Кроме того, при очень высоких частотах часть измеряемого тока ответвляется через собственные емкости, минуя нагреватель.

Билет 87 Магнитоэлектрический изм механизм

Читайте также:  Голову как будто током пробило что это

Магнитоэлектрическая система. В этой системе измерительный механизм состоит из проволочной рамки с протекающим в ней током, помещенной в поле постоянного магнита (магнитопровода). Поле в зазоре, где находится рамка, равномерно за счет особой конфигурации магнитопровода. Под воздействием тока рамка вращается в магнитном поле, угол пово­рота ограничивают специальной пружиной, поэтому передаточная функция (часто называемая уравнением шкалы) линейна:

где удельное потокосцепление, определяемое параметрами рамки и магнитной индукцией; W—удельный противодействующий момент, созда­ваемый специальной пружиной,

1 – рамка с измеряемым током и стрелкой;2 – неподвижный сердечник;

3 – полюсные наконечники;4 – возвратная пружина

На основе магнитоэлектрического механизма создаются вольтметры, амперметры, миллиамперметры и другие измерительные приборы, и их структурное построение главным образом определяется измерительной схемой. Измерительные приборы магнитоэлектрической системы имеют достаточно высокую точность, сравнительно малое потребление энергии из измерительной цепи, высокую чувствительность, но работают лишь на постоянном токе.

Для расширения пределов измерения токов амперметрами и напряжений вольтметрами применяют шунты и добавочные сопротивления, которые включают соответственно параллельно и последовательно индикаторам в схемы этих приборов.

Основное использование переносные, лабораторные, многопредельные амперметры и вольтметры постоянного тока.Класс точности 0,05 … 0,5,потребляемая мощность Рсоб 10-5 … 10-4 Вт

Билет 88. Маг Эл Логометр

Логометры — приборы магнитоэлектрической, электромагнитной и электродинамической систем со сдвоенными измерительными механизмами. В них в отличие от других приборов не используется сила упругости противодействующих пружин. Их поэтому называют также приборами без противодействующего момента.Условные обозначения этих приборов приведены на рисунке 12.13.

Магнитоэлектрические логометры применяют в приборах для измерения больших сопротивлений.

Стрелка указателя логометра, не испытывая усилия противодействующей пружины, которая в обычных приборах возвращает ее на нулевое деление, обычно может занимать любое положение относительно шкалы при отключенном приборе.При включении прибора токи обтекают катушки, создается вращающий момент и стрелка отклоняется.

Магнитоэлектрический логометр — это прибор, измеряющий отношение двух электрических величин: токов или напряжений, а не абсолютные значения величин. Принцип действия логометра основан на взаимодействии поля постоянного магнита и магнитных полей, вызванных токами, протекающими в двух рамках подвижной системы.

Принцип действия Л. основан на том, что направленные встречно вращающие моменты, возникающие вследствие воздействия на подвижную часть Л. величин, входящих в измеряемое отношение, уравновешиваются при отклонении подвижной части на некоторый угол. Например, подвижную часть магнитоэлектрического Л. образуют две скрепленные под углом рамки, токи к которым подводятся через безмоментные спирали (рис.,а). Находясь в поле постоянного магнита, рамки стремятся повернуться в направлении действия большего момента, и подвижная часть отклоняется до тех пор, пока моменты не уравновесятся. Л. широко применяются в различных схемах для измерения электрических величин: ёмкости, индуктивности, сопротивления. Например, при использовании Л. в Омметре(рис., б) угол α, на который отклоняется подвижная часть Л., зависит только от отношения сил токов I1 и I2,

т. e. при постоянных r и r1 отклонение подвижной части пропорционально измеряемому сопротивлению; шкала Л. градуируется непосредственно в омах/

Устройство магнитоэлектрического логометра (а) и схема омметра с магнитоэлектрическим логометром (б): M1, M2 — вращающие моменты; l1, I2 — токи в цепях омметра; U — источник питания; r — сопротивление рамок логометра; r1 — омическое сопротивление; rx — измеряемое сопротивление; 1, 2 — рамки логометра; 3 — сердечник; 4 — постоянный магнит.

Билет 89-91 МОСТОВЫЕ СХЕМЫ

Общие сведения. Мостовые схемы широко применяются в электроизмерительной технике. Они дают возможность измерять сопротивление, индуктивность, емкость и угол потерь конденсаторов, взаимную индуктивность и частоту. Мостовые схемы широко используются также для измерения неэлектрических величин электрическими методами. Например температуры..

Мост содержит резисторы, включенные четырехугольником. Каждый резистор называется плечом (или ветвью) моста. В диагональ, называемую выходной, включен нуль-индикатор, например гальванометр; выводы другой диагонали подключены к источнику тока.

Если произведения сопротивлений резисторов противолежащих плеч равны, мост уравновешен, ток в выходной диагонали равен нулю. Из этого следует возможность включения измеряемого сопротивления в любое плечо моста и определение его величины через сопротивления трех других плеч.

В мостах переменного тока сопротивления плеч моста имеют комплексный характер. Для уравновешенного состояния моста необходимо равенство произведений комплексных сопротивлений противолежащих плеч. Поэтому для равновесия мостов переменного тока необходимо регулировать два параметра схемы, чтобы выполнить оба условия равновесия моста:

1. Равенство произведений комплексных сопротивлений противолежащих плеч;

2. Равенство сумм углов сдвига токов относительно напряжений в противолежащих плечах.

1) Z1Z4 = Z2Z3 z1z4expj(1+4)=z2z3expj(2+3)  2) 1+ 4 = 2+ 3 .

Эти условия равносильны и обязательны для равновесия моста.

Второе условие указывает, при каком расположении комплексных сопротивлений можно уравновесить схему. Если в двух смежных плечах включены чисто активные сопротивления, то в двух других смежных плечах могут быть включены индуктивности или емкости.

Чувствительность мостов — это отношение приращения выходного сигнала к приращению входной величины. Выходным сигналом мостовой схемы может быть ток, напряжение или мощность. Входной величиной является измеряемая величина (сопротивление, индуктивность и др.), включенная в плечо моста. Доказано, что чувствительность моста максимальна, когда сопротивления всех плеч равны между собой и равны сопротивлению гальванометра.

Мосты для измерения сопротивления на постоянном токе

Одинарными мостами постоянного тока называют четырехплечие мосты с питанием от источника постоянного тока. Они используются для измерения сопротивления на постоянном токе. В качестве нуль индикаторов в мостах постоянного тока применяются магнитоэлектрические гальванометры.

Процесс измерения заключается в том, что в одно из плеч моста включают измеряемое сопротивление и, изменяя сопротивление другого плеча, добиваются отсутствия тока в цепи гальванометра. Из условия равновесия определяется значение сопротивления.

При измерении малых сопротивлений (меньших 10 Ом) на результат измерения существенное влияние оказывает сопротивление соединительных проводов, включенных последовательно с измеряемым сопротивлением.

Для измерения сопротивлений ниже 1 Ом используетсядвойной мост Томсона, схема которого показана на рис. 4.4.

Сопротивления RXи RH имеют по четыре выходные клеммы, а RР подбирается таким, чтобы ток через RН давал падение напряжения на нем минимум 0,5 В. При равновесии сопротивление RX определяется выражением

На практике значения R1, R2, R3 и R4 выбирают такими, чтобы при этом выражение сводится к виду

Чтобы проверить выполнения условия , мост уравновешивается, а затем проводник R убирается, что не должно влиять на равновесие моста. Сопротивление R стремятся сделать как можно меньшим

Сопротивления R1, R2, R3 и R4 должны быть меньше 10 Ом каждое, чтобы влияние сопротивлений соединительных проводов и контактов r1, r2, r3, r4 было малым. Кроме того, оно может быть скомпенсировано путем шунтирования R3 или R4 сопротивлением большего значения и уравновешиванием моста без сопротивления R.

На практике сопротивление R2 изменяется путем подключения добавочных сопротивлений, а R1 – путем замены отводов, R4 и R2 регулируются одной ручкой, а R1 и R3 — другой, так что их отношения поддерживаются постоянными в соответствии с (4.5). Чтобы исключить влияние термоЭДС, полярность источника питания меняется.

Двойной мост имеет погрешность менее 0,5% для сопротивлений в диапазоне 10 мкОм – 1 Ом. Он также может использоваться для измерений сопротивлений резисторов с двумя зажимами, так как R1,R2, R3, R4 образуют обычный мост Уитстона; погрешность при этом менее 0,02%.

С целью расширения пределов измерения в промышленных приборах двойные мосты совмещаются с одинарными.Погрешность моста зависит от пределов измерения.

Измерительные мосты переменного токa

Мосты переменного тока предназначены для измерения емкости и угла потерь конденсаторов, индуктивности и добротности катушек, взаимной индуктивности.Схемы мостов могут иметь различные варианты включения в плечи измеряемых и образцовых резисторов, катушек индуктивностей и конденсаторов.

Читайте также:  Чему равна индукция магнитного поля соленоида если при силе тока 4 а

Мостовые измерительные схемы относят к уравновешенным цепям, в которых ток или напряжение на определенных участках цепи приводится к нулевому значению путем изменения соотношения между значениями измеряемой и образцовой величин.Приведение к нулевому значению называют уравновешиванием, или балансировкой моста.

Мостовые схемы широко применяют для измерения параметров индуктивностей , емкостей и сопротивлений . Наибольшее распространение имеет схема четырехплечего моста, сопротивления которого в общем случае носят комплексный характер:

Условие равновесия моста переменного тока будет определяться двумя уравнениями:

(для амплитуд); (для фаз).

Обычно в мостах переменного тока два плеча состоят из активных сопротивлений, а два других плеча являются комплексными сопротивлениями: Плечо моста с комплексным сопротивлением известно и называется образцовым, а неизвестно.

Для выполнения условий равновесия необходимо наличие в плечах моста двух элементов с регулируемыми параметрами: активного реактивного элемента. Поскольку изготовление высокодобротных образцовых катушек вызывает определенные трудности, то в качестве образцовой меры в мостах переменного тока применяется конденсатор.

Измерение ёмкости осуществляют схемой с отношением балансных плеч: Z1 и Z2 – активные балансные, Z3=Z0 – образцовое, а Z4=Zk– измеряемое. А индуктивность измеряют схемой с произведением балансных плеч Z1, Z3 – активные балансные, Z2=Z0 – образцовое, а Z4=Zk– измеряемое.

Билет 92. Потенциометры постоянного тока

Источник

Измерительный механизм переменного тока

Измерение величин переменного тока

Вам уже известно, что переменное напряжение чередует свою полярность, а переменный ток чередует свое направление. Вы также знаете, что отследив чередование направлений переменного тока (полярностей переменного напряжения) во времени, можно построить график в виде «волны». А еще вы можете рассчитать скорость этих чередований (частоту), определив время одного периода волны.

Однако, вы до сих пор не знаете как определить величину переменного тока или напряжения. При работе с постоянным током (напряжением) таких проблем не возникает, так как его величина стабильна. Итак, каким образом можно измерить такую величину, которая постоянно меняется?

Один из способов решения этой проблемы состоит в измерении высоты пика на графике волны (см. рисунок ниже):

osnovias17

Другой способ состоит в измерении общей высоты между противоположными пиками (от пика до пика):

osnovias18

К сожалению, оба этих способа могут ввести в заблуждение при сравнении двух различных типов волн. Например, прямоугольная волна с пиком 10 вольт будет держать это напряжение в течение большего количества времени, чем треугольная волна с тем же самым пиком — 10 вольт. Воздействие этих двух напряжений на нагрузку будет различным (см. рисунок ниже) :

osnovias19

Одним из способов выражения амплитуды различных форм волны является математическое усреднение значений всех точек графика в единое , общее значение . Такая мера известна как среднее значение волны. Если все точки волны усреднить алгебраически (то есть, учесть их знак, положительный или отрицательный), то среднее значение для большинства волн окажется равным нулю, поскольку положительные точки полного цикла компенсируют отрицательные (см. рисунок ниже):

osnovias20

Это, конечно, будет справедливо для любой формы волны, имеющей равные части выше и ниже нулевой линии графика. Однако, на практике среднее значение волны определяется как математическое среднее всех точек ее цикла. Другими словами, среднее значение рассчитывается с учетом того, что в се точки имеют положительные значения (см. рисунок ниже):

osnovias21

Нечувствительные к полярности стрелочные измерительные приборы (одинаково реагирующие на положительные и отрицательные полупериоды переменного тока/напряжения) будут регистрировать практическое среднее значение волны, так как инерция стрелочного указателя (вызванная напряжением пружины) зафиксирует среднюю силу, создаваемую различными значениями тока/напряжения с течением времени. И наоборот, чувствительные к полярности стрелочные измерительные приборы будут «вибрировать» под воздействием переменного тока/напряжения, их стрелочный указатель будет быстро колебаться около нулевой отметки, показывая истинное (алгебраическое) среднее значение для симметричной волны. Упоминаемое далее в этой статье «среднее» значение волны мы будем соотносить именно с «практическим» средним значением, если не указано иное.

Другой способ получения общего значения амплитуды волны основывается на способности этой волны совершить полезную работу на сопротивлении нагрузки. К сожалению, такое измерение переменного тока/напряжения будет отличаться от «среднего» значения волны, так как мощность, рассеиваемая на заданной нагрузке (работа, выполненная за единицу времени), не прямо пропорциональна величине напряжения или тока. Мощность будет пропорциональна квадрату напряжения или тока, подаваемого на сопротивление (Р = E 2 / R, и P = I 2 R ) .

Давайте рассмотрим ленточную пилу и электролобзик — два типа современного деревообрабатывающего оборудования. Оба типа пил имеют тонкие зубчатые полотна, приводимые в движение электромоторами. Однако, ленточная пила использует непрерывное движение полотна, в то время как электролобзик — возвратно-поступательное. Сравнение переменного тока с постоянным можно уподобить сравнению этих двух типов пил:

osnovias22

Проблема описания величины переменной составляющей присутствует и в данной аналогии: каким образом можно выразить скорость движения полотна электролобзика? Полотно ленточной пилы движется с постоянной скоростью, что равноценно постоянному напряжению, величина которого всегда одинакова. Полотно же электролобзика движется взад-вперед, и скорость его движения постоянно меняется. Более того, возвратно-поступательные движения двух электролобзиков разной конструкции не могут быть одинаковыми. Движение полотна одного электролобзика может описываться формой синусоидальной волны, в то время как движение полотна другого лобзика — формой треугольной волны. Оценивать скорость движения полотна электролобзиков по пиковым значениям некорректно, у разных типов лобзиков эти значения будут разными. Несмотря на вышесказанное, все типы пил выполняют одну работу (пилят древесину), и количественное сравнение этой общей функции может служить основой для оценки скорости движения их полотна.

Давайте представим себе, что рядом друг с другом стоят две пилы: одна ленточная, а другая — электролобзик. Обе этих пилы имеют одинаковые полотна (одинаковый шаг зуба, угол и пр.), и в равной степени (с одинаковой скоростью) способны обрабатывать древесину одного и того же типа и одной и той же толщины. В данном случае мы можем сказать, что эти пилы эквивалентны, а их режущие способности (выполняемая работа) равны. Можно ли это сравнение использовать для выражения скорости возвратно-поступательного движения полотна электролобзика через скорость вращательного движения полтна ленточной пилы? Конечно можно! Эта же идея используется и для «назначения» эквивалента постоянного тока (напряжения) измеряемому переменному току (напряжению): одинаковые значения постоянного и переменного тока (напряжения) произведут одинаковое количество тепла на одном и том же сопротивлении (см. рисунок ниже):

osnovias23

Обе этих цепи имеют одинаковые сопротивления нагрузки (2 Ома), которые рассеивают одинаковое количество мощности (50 Вт) в виде тепла. Однако, первая цепь запитывается от источника переменного напряжения, а вторая — от источника постоянного напряжения. Поскольку источник переменного напряжения эквивалентен (с точки зрения мощности, подаваемой на нагрузку) 10 вольтовой батарее постоянного напряжения, мы назовем его «10 вольтовым» источником переменного напряжения. Для большей ясности мы обозначим его величину как 10 Вольт RMS. Аббревиатура RMS обозначает «Root Mean Square» или «Среднеквадратичное значение«. Алгоритм расчета среднеквадратического значения прост: каждое значение данных в течение предопределенного периода (обычно это один цикл) умножается само на себя (возведение в квадрат), а затем все такие значения в течение периода усредняются (суммируются с последующим делением на общее количество) и из полученного значения извлекается квадратный корень.

Измерение величины RMS используется в подавляющем большинстве случаев при работе с электричеством (является лучшим способом связи величины переменного напряжения/тока с величиной постоянного напряжения/тока, или с другими величинами переменного напряжения/тока, имеющими разные формы волн). Но, в некоторых случаях лучше использовать измерения от пика до пика. Например, при определении необходимого размера провод а, предназначенного для поставки электроэнергии от источника питания к нагрузке, лучше использовать измерение RMS величины тока, поскольку основное беспокойство у нас вызовет возможный перегрев провода, являющийся функцией рассеивания мощности при прохождении тока через сопротивление провода. Однако, при оценке изоляции высоковольтных проводов лучше всего использовать измерения от пика до пика, поскольку основное беспокойство в этом случае вызывает возможный «пробой» изоляции именно пиковыми значениями.

Читайте также:  Как подобрать реле максимального тока

Измерение пиковых значений или значений от пика до пика лучше всего проводить при помощи осциллографа, который может захватить «гребни» волны с высокой степенью точности благодаря быстрому действию электронно-лучевой трубки в ответ на изменения напряжения. RMS измерения можно проводить аналоговыми измерительными приборами (гальванометрами конструкции д’Арсонваля/Уэстона, электромагнитными измерительными приборами, электродинамическими измерительными приборами), если они откалиброваны в RMS числах. Поскольку механическая инерция и демпфирующий эффект электромеханических измерительных приборов производят отклонение стрелки пропорционально среднему значению переменного тока/напряжения (а не среднеквадратичному), аналоговый прибор должен быть специально откалиброван для индикации напряжения или тока в RMS единицах. Точность этой калибровки зависит от предполагаемой формой волны , как правило, синусоиды.

Лучше всего для измерения RMS величин подходят специально разработанные электронные измерительные приборы. Некоторые производители приборов разработали оригинальные методы для определения RMS величины любой формы волны. Они производят приборы класса “True-RMS”, которые содержат крошечный резистивный нагревательный элемент, питаемый от напряжения пропорционального измеряемому. Тепловой эффект данного элемента измеряется термически , и дает истинное значение RMS. Математические вычисления здесь вообще не производятся, все основано на законах физики. Точность таких измерительных приборов не зависит от формы волны .

Для симметричных форм волн существуют простые коэффициенты преобразования между следующими видами значений: пиковым, от пика до пика (Peak-to-Peak или Р-Р), практическим средним (Average или AVG) и среднеквадратичным (RMS):

osnovias24

Помимо перечисленных выше значений переменного тока/напряжения существуют также значения, выражающие пропорциональность между некоторыми из этих фундаментальных измерений. Пик-фактор волны переменного тока , например, представляет собой отношение максимального (пикового) значения тока/напряжения к его среднеквадратичному (RMS) значению. Форм-фактор волны переменного тока/напряжения представляет собой отношение среднеквадратичного (RMS) значения к его практическому среднему значению. Пик-фактор и форм-фактор прямоугольной волны всегда равны 1, так как пиковое значение этой волны равно RMS и AVG значениям. Синусоидальная волна имеет RMS значение равное 0,707 и форм-фактор — 1,11 (0.707/0.636). Треугольная волна имеет RMS значение равное 0,577 и форм-фактор — 1,15 (0.577/0.5).

Имейте в виду , что все вышеописанные преобразования распространяются только на симметричные (правильные) формы волн . RMS и среднее значение искаженных форм волн не связаны теми же соотношениями :

osnovias25

Это очень важная для понимания концепция . Если вы используете аналоговый измерительный прибор, откалиброванный под синусоидальные RMS значения, то он будет точен только при измерении «чистой» синусоиды. В ходе измерения других типов волн он будет выдавать вам не истинное RMS значение.

Так как синусоидальная форма волны является самой распространенной в электрических измерениях, именно под нее и калибруется подавляющее большинство аналоговых измерительных приборов. Примите во внимание, что это ограничение касается только простых аналоговых приборов, и ни как не распространяется на приборы с технологией “True-RMS”.

Источник

Лекция 5. Общие сведения об измерительных механизмах

Тема 3. Механизмы и измерительные цепи электроизмерительных приборов

Лекция 5. Общие сведения об измерительных механизмах

Измерительный механизм имеет подвижную часть, на которую действуют механические силы, зависящие от измеряемой электрической величины.

Вращающий момент. Измерительные механизмы работают на принципе преобразования электромагнитной энергии в механическую, воспринимаемую подвижной частью механизма. Механические силы и вращающий момент — Mвр этих сил, действующих на подвижную часть механизма, возникают в результате взаимодействия магнитных или электрических полей, создаваемых током, напряжением, намагниченными или наэлектризованными телами.

По принципу работы измерительные механизмы классифицируются на следующие виды:

Ø магнитоэлектрические (в них вращающий момент создается путем взаимодействия магнитного поля постоянного магнита и контура (рамки) с током; подвижной частью может быть как рамка, так и магнит);

Ø ферродинамические (вращающий момент в механизмах возникает в результате взаимодействия магнитного поля, создаваемого электромагнитом, и подвижного контура (рамки) с током);

Ø электродинамические (вращающий момент в механизмах создается путем взаимодействия двух контуров (рамок) с током, один из которых — подвижный);

Ø электромагнитные (в них вращающий момент создается благодаря действию магнитного поля неподвижной катушки на ферромагнитное тело, являющееся подвижной частью механизма);

Ø электростатические (вращающий момент в механизмах возникает путем взаимодействия двух или нескольких заряженных тел, одно из которых является подвижной частью механизма);

Ø индукционные (в них используются неподвижные контуры с переменным током, создающие переменные магнитные поля, индуктирующие токи в диске, являющемся подвижной частью механизма).

Противодействующий момент. Для работы измерительного механизма необходимо, чтобы каждому значению измеряемой величины и вращающего момента соответствовал только один угол поворота подвижной части. Для этого в измерительном механизме предусмотрено создание противодействующего моментаMпр, направленного навстречу вращающему моменту и являющегося функцией угла отклонения.

Установившееся отклонение. При равенстве вращающего и противодействующего моментов будет иметь место установившееся отклонение.

Противодействующий момент обычно создается механическими силами с помощью спиральных пружин (рис. 3.1 а), растяжек (рис. 3.1 б) или подвесов (рис. 3.1 в). Противодействующий момент Mпр, создаваемый закручиванием пружинок, растяжек и подвесов, пропорционален углу закручивания α поворота подвижной части:

Mпр = Wα,

где Wудельный противодействующий момент, зависящий от упругих свойств материала и геометрических размеров ленты (длины, ширины и толщины), из которой выполнена пружина.

Отсчетные устройства. В измерительных механизмах в основном применяются три типа отсчетных устройств:

1обычная шкала и стрелка, имеющая копьевидный конец (рис. 3.2 а);

2зеркальная шкала и стрелка, содержащая ножевидный конец (рис. 3.2 б);

3световой отсчет с помощью зеркальца (рис. 3.2 в).

На (рис. 3.2 в) показан прибор с внутренним световым отсчетом. Луч света от лампы 4 через линзу 5, диафрагму 6, зеркал 9 и 3 и линзу 2 направлен на зеркальце 1 подвижной части, отразившись от которого, через зеркала 8 и 10 попадает на шкалу 7. На шкале получается изображение нити лампы в виде круглого светового пятна с чертой посередине.

Многократное отражение позволяет удлинить расстояние от зеркальца до шкалы и получить значительно большее перемещение светового пятна по шкале.

Успокоители. Подвижная часть механизма представляет собой массу, соединенную с упругим элементом, т.е. является колебательной системой. Для успокоения колебательной подвижной системы предусмотрены успокоители (демпферы). В измерительных механизмах применяются воздушные и магнитоиндукционные успокоители.

Воздушные успокоители обычно выполняются в виде крыльчатых (рис. 3.3 а) и поршневых (рис. 3.3 б) успокоителей. Крыльчатые успокоители представляют собой алюминиевую пластинку 2, перемещающуюся в камере 3 и укрепленную на ножке 1, сидящей на оси 4 подвижной части. Зазоры между крылом и камерой малы (0,3. 0,5мм), поэтому сопротивление воздуха в камере движения подвижной части велико. Аналогично работает и поршневой успокоитель.

Магнитоиндукционный успокоитель показан на (рис. 3.3 в). Момент успокоения создается силами взаимодействия поля постоянного магнита 1 и токов, которые индуктируются в алюминиевой пластинке 2, перемещающейся в камере, закрепленной на оси 3 подвижной части, при ее движении в поле магнита.

Источник