Приборы электродинамической системы

Приборы электродинамической системы (обозначаются знаком) предназначены для измерения силы тока, напряжения и мощности в цепях переменного и постоянного тока.

Принцип действия приборов электродинамической системы основан на взаимодействии катушек, по которым протекает ток: неподвижной 1 и подвижной 2 (рис. 3).

Подвижная катушка укреплена на оси и расположена внутри неподвижной катушки. На оси , помимо подвижной катушки, укреплены указательная стрелка 3 и спиральные пружинки и , через которые подводится ток к обмотке катушки 2. Эти же пружинки создают противодействующий момент , пропорциональный углу закручивания :

.

Ток подвижной катушки взаимодействует с магнитным потоком неподвижной катушки. При постоянном токе сила , действующая на проводники подвижной катушки, пропорциональна току и магнитному потоку . Поскольку поток пропорционален току неподвижной катушки, вращающий момент, действующий на подвижную катушку, пропорционален произведению токов катушек:

,

где и - коэффициенты пропорциональности.

 

Рисунок 3. Устройство электроизмерительного прибора электродинамической системы.

 

 

При равенстве моментов подвижная катушка поворачивается на угол и стрелка указывает на шкале числовое значение измеряемой электрической величины:

.

При (катушки соединены последовательно) , следовательно, шкала прибора неравномерная. Для успокоения подвижной части прибора используют воздушные демпферы.

При перемене направления тока в обеих катушках направление вращающего момента не меняется. Отсюда следует, что приборы данной системы пригодны для измерений как на постоянном, так и на переменном токе.

В электроизмерительной практике для измерения потребляемой в цепи мощности применяется электродинамический ваттметр. Он состоит из двух катушек: неподвижной, с небольшим числом витков толстой проволоки, включенной последовательно с тем участком цепи, в котором требуется измерить потребляемую мощность, и подвижной, содержащей большое число витков тонкой проволоки и закрепленной на оси внутри неподвижной катушки. Подвижная катушка включается в цепь подобно вольтметру, т.е. параллельно нагрузке потребителю , и для увеличения ее сопротивления последовательно с ней вводится добавочное сопротивление (рис. 4).

 

 

Рисунок 4. Схема прибора электродинамической системы для измерения мощности.

 

Пусть ток в первой катушке , во второй . По закону Ома напряжение на зажимах нагрузки равно:

,

откуда

.

Подставив значение в выражение для угла отклонения стрелки , получим

,

где , а .

Таким образом, отклонение подвижной части пропорционально мощности, выделяемой на нагрузке, и поэтому шкалу прибора можно проградуировать в ваттах. Ваттметр этой системы имеет равномерную шкалу.

Достоинствами приборов электродинамической системы являются: возможность измерения как на постоянном, так и на переменном токе, хорошая точность. К недостаткам приборов этой системы относятся: неравномерность шкалы у амперметров и вольтметров, чувствительность к внешним магнитным полям, большая чувствительность к перегрузкам. Электродинамические амперметры и вольтметры применяются главным образом в качестве контрольных приборов для измерений в цепях переменного тока.

 

Приборы тепловой системы

Приборы тепловой системы (обозначаются знаком) предназначены для измерения силы тока и напряжения в цепях переменного и постоянного тока.

Принцип действия приборов тепловой системы основан на изменении длины проводника, по которому протекает ток, вследствие его нагревания. Устройство прибора тепловой системы схематично показано на рис. 5. Измеряемый ток проходит по тонкой проволочке 1-2, концы которой закреплены. Эта проволочка диаметром около 0,1 мм изготавливается из сплава платины с иридием или серебром. К ней примерно посередине припаяна металлическая нить 3-4, которая оттягивается тонкой шелковой нитью 4-5, перекинутой через блок 6. Конец этой нити прикреплен к стальной пружине 7, которая и производит натяжение нити. К блоку 6 прикреплена стрелка 8, перемещающаяся над шкалой 9. При прохождении тока по проволоке 1-2 происходит ее нагревание, в результате чего она удлиняется, натяжение нитей 3-4 и 4-5 несколько ослабевает и пружина отходит влево, что вызывает отклонение стрелки.

 

Рисунок 5. Устройство электроизмерительного прибора тепловой системы.

 

Так как количество теплоты, выделяемой в проволочке, пропорционально квадрату силы тока и не зависит от направления тока, то приборы тепловой системы пригодны для измерения как на постоянном, так и на переменном токе; шкала прибора неравномерная.

Для установки стрелки на нуль один из зажимов (корректор), к которым прикреплена нить, делается подвижным, в виде рычага 10, способного вращаться вокруг оси. Ввинчивая или вывинчивая микрометрический винт 11, можно усилить или ослабить натяжение нити и тем самым привести стрелку прибора на нулевое деление шкалы.

Достоинствами приборов тепловой системы являются: возможность измерений как на постоянном, так и на переменном токе; независимость показаний от частоты и формы переменного сигнала, что позволяет применять их для измерения высокочастотных токов; нечувствительность к внешним магнитным полям. К недостаткам приборов данной системы относятся: неравномерность шкалы; наличие тепловой инерции, в связи с которой необходимо выжидать некоторое время, пока указатель прибора окончательно установится; зависимость показаний от температуры окружающей среды.