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.