Электромагнитный измерительный механизм принцип действия

Электромагнитный измерительный механизм принцип действия

В измерительных механизмах магнитоэлектрической системы вращающий момент создается взаи­модействием измеряемого постоянного тока в катушке механизма с полем постоянного магнита. Существуют два основных типа приборов магнитоэлектрической системы: приборы с подвижной катушкой (подвижной рамкой) и приборы с подвижным магнитом, причем первые применяются значительно чаще, чем вторые.

Принцип действий магнитоэлектрических приборов основан на взаимодействии магнитного поля постоянного магнита и обмотки с током. В воздушном зазоре 1 (рис. 7.1) между неподвижным стальным цилиндром 2 и полюсными наконечниками NS неподвижного постоянного магнита расположена алюминиевая рамка с обмоткой 3, состоящей из w витков изолированной проволоки.

Рамка жестко соединена с двумя полуосями О и О’, которые своими концами опираются о подшипники. На полуоси О закреплены указательная стрелка 4 и две спиральные пружинки 5 и 5′, через которые к катушке подводится измеряемый ток I, противовесы 6. Полюсные наконечники NS и стальной цилиндр 2 обеспечивают в зазоре 1 равномерное радиальное магнитное поле с индукцией В. В результате взаимодействия магнитного поля с током в проводниках обмотки 3 создается вращающий момент. Рамка с обмоткой при этом поворачивается и стрелка отклоняется на угол α. Электромагнитная сила Fэм , действующая на обмотку, равна Fэм = wBlI.

Вращающий момент, создаваемый силой Fэм,

где d и l— ширина и длина рамки (обмотки); С1 — коэффициент, зависящий от числа витков w, размеров обмотки и магнитной индукции В.

Повороту рамки противодействуют спиральные пружинки 5 и 5′, создающие противодействующий момент, пропорциональный углу закручивания α:

где С2 — коэффициент, зависящий от жесткости пружинок.

Стрелка устанавливается на определенном делении шкалы при равенстве моментов

Мвр = Мпр, т. е. когда C1I = С2α. Угол поворота стрелки

С2 пропорционален току. Следовательно, у приборов магнитоэлектрической системы шкала равномерная, что является их достоинством.

Направление вращающего момента (определяемое правилом левой руки) изменяется при изменении направления тока. При включении прибора магнитоэлектрической системы в цепь переменного тока на катушку действуют быстро изменяющиеся по значению и направлению механические силы, среднее значение которых равно нулю. В результате стрелка прибора не будет отклоняться от нулевого положения. Поэтому эти приборы нельзя применять непосредственно для измерений в цепях переменного тока.

Достоинства приборов магнитоэлектрической системы: точность показаний, малая чувствительность к посторонним магнитным полям, незначительное потребление мощности, равномерность шкалы. К недостаткам следует отнести необходимость применения специальных преобразователей при измерениях в цепях переменного тока и чувствительность к перегрузкам (тонкие токопроводящие пружинки 5 и 5′ из фосфористой бронзы при перегрузках нагреваются и изменяют свои упругие свойства).

15. электромагнитные приборы, принцип действия, достоинства, недостатки, область применения

Электроизмерительные приборы — класс устройств, применяемых для измерения различных электрических величин.

Принцип работы приборов этой системы основан на взаимодействии магнитного поля, создаваемого катушкой со стальным сердечником, помещенным в поле этой катушки. Электромагнитный измерительный механизм выполняют с плоской или круглой катушкой.

Достоинством приборов электромагнитной системы являются простота и надежность конструкции, невысокая стоимость, стойкость к перегрузкам и пригодность для измерений в цепях переменного и постоянного тока.

К недостаткам относятся невысокая точность, малая чувствительность, неравномерность шкалы и зависимость показаний от внешних магнитных полей и частоты переменного тока.

Электромагнитные приборы используют, главным образом, для измерения тока и напряжения в промышленных установках переменного тока.

16. Электродинамические измерительные приборы, принцип действия, достоинства, недостатки, область применения

Принцип действия электродинамических приборов основан на взаимодействии магнитных полей двух катушек одной, неподвижно закрепленной, и другой, сидящей на оси и могущей поворачиваться.

Достоинствами электродинамических приборов являются пригодность для измерения постоянного и переменного тока, равномерность шкалы у ваттметров и относительно высокая точность по сравнению с другими приборами, предназначенными для измерений в цепях переменного тока.

К недостаткам относится сильное влияние внешних магнитных полей на точность измерений, чувствительность к перегрузкам и относительно высокая стоимость.

Электродинамические приборы применяют обычно в качестве точных лабораторных приборов, а также в качестве ваттметров и счетчиков электрической энергии в цепях постоянного тока.

17.ферродинамические измерительные приборы, принцип действия, достоинства, недостатки, область применения

Работа ферродинамических приборов основана на том же принципе, что и приборов электродинамической системы. Для усиления магнитного поля в ферродинамическом измерительном механизме применен магнитопровод из ферромагнитного материала.

Ферродинамические приборы используют в качестве щитовых амперметров, ваттметров и вольтметров, работающих в условиях тряски и вибраций (например, на э. п. с. переменного тока). Кроме того, их применяют в качестве самопишущих приборов, так как они имеют значительный вращающий момент, преодолевающий трение в записывающих устройствах.

Достоинства: незначительное влияние внешних магнитных полей, большой вращающий момент, прочная конструкция, устойчивость к вибрациям и ударам, небольшая потребляемая мощность.

Читайте также:  Вольтметр на дин рейку меандр

Недостатки: дополнительные погрешности вследствие влияния гистерезиса и вихревых токов, зависимость показаний от частоты, невысокая точность щитовых приборов – обычно 1,5; 2,0.

18 электростатические измерительные приборы, принцип действия, достоинства, недостатки, область применения

Принцип действия: основой электростатических приборов является электростатический измерительный механизм с отсчетным устройством.

Они применяются, главным образом, для измерения напряжений переменного и постоянного тока. Находят применение также электрометры — электростатические приборы специальной конструкции, требующие вспомогательных источников питания. Электрометры обладают повышенной чувствительностью к напряжению.

Достоинствами электростатических приборов являются:

малое собственное потребление мощности, что объясняется малыми токами утечки и малыми диэлектрическими потерями в изоляции, малой емкостью измерительного механизма, большой диапазон измеряемых напряжений, возможность измерений на постоянном и на переменном токе, независимость показаний от частоты в широком диапазоне и формы измеряемого напряжения, независимость показаний от внешних магнитных полей.

К недостаткам электростатических приборов можно отнести:

малую чувствительность по напряжению, влияние внешних электростатических полей, что требует экранирование измерительного механизма, неравномерную шкалу (при соответствующем выборе формы подвижных и неподвижных электродов можно получить практически равномерную шкалу на участке от 15-25 % до 100 % от ее номинального значения).

Электромагнитный измерительный механизм (рис.11.1) состоит из неподвижной катушки 3 и подвижного ферромагнитного сердечника 1, эксцентрично закрепленного на оси. К оси крепятся противодействующие пружины 2, указательная стрелка и успокоитель. В приборах такой системы, вращающий момент создается воздейст­вием на подвижный ферромагнитный сердечник 1 магнитного поля изме­ряемого тока неподвижной катушки 3. Сердечник втягивается в узкую щель катушки при наличии в ней измеряемого тока. Подвижная часть ус­танавливается на растяжках или на опорах. Для создания противодейст­вующего момента используют упругие свойства спиральной пружины 2. При втягивании ферромагнитного сердечника внутрь катушки с током маг­нитное поле катушки усиливается, возрастает энергия магнитного поля, dW = Fdl.

Вращающий моментMBp=klI 2 .

Противодействующий механический момент спиральной пружинкиМпр = k2α,где α — угол закручивания пружинки — угол поворота стрелки. Стрелка прибора остановится на каком-либо делении шкалы, когда вращающий и противодействующий 1моменты окажутся равны друг другуМвр = Мпр

Рис. 11.1 илиk1I 2 = k2α, откуда

Таким образом, угол поворота стрелки пропорционален квадрату тока, проходящего по катушке. Следовательно, шкала прибора неравномерна — в начале шкала сжата. Увеличение гус­тоты делений в начале шкалы объясняется квадратичной зависи­мостью угла поворота стрелки от силы тока в катушке. Неравно­мерность шкалы несколько исправляется подбором формы сердечника и взаимным расположением катушки и сердечника.

Электромагнитные приборы служат для измерения в цепях постоянного и переменного токов. Сердечник из магнитомягкого ферромагнетика быстро перемагничивается с изменением направления тока в ка­тушке и втягивается в катушку при любом направлении тока.

Электромагнитные приборы имеют низкий класс точности и используются в качестве щитовых приборов.

Достоинство электромагнитных приборов в том, что они служат для измерения величины в цепях постоянного и перемен­ного тока, по конструкции просты, дешевы, весьма устойчивы к перегрузкам.

К недостаткам электромагнитных приборов следует отнести: неравномерность шкалы; наличие остаточного намагничивания сердечника; низкая точность в цепях постоянного тока за счет остаточного намагничивания сердечника; влияние внешних маг­нитных полей на показания прибора, из-за небольшого собственного маг­нитного поля катушки; малая чувст­вительность, поскольку малый ток, проходя по катушке, не может вы­звать заметных отклонений подвиж­ной части прибора, большое собственное потребление энергии.

12.Электродинамический измери­тельный механизм.

В электродина­мических измерительных приборах (рис.12.1) имеются две катушки. Одна неподвижная 1, выполненная из толстого изолированного провода, другая катушка 2 подвижная, намотана из тонкого изолированного провода и кре­пится на оси. На этой же оси крепится указательная стрелка 3 и алюминиевая пластина 4 электромагнитного успокоителя.

Работа приборов электродинамической системы основана на принципе взаимодействия двух катушек с током. При прохожде­нии тока по катушкам подвижная катушка поворачивается так, чтобы её плоскость совпала с плоскостью неподвижной катушки. Вместе с катушкой поворачивается указательная стрелка и алю­миниевая пластинка успокоителя. Вращающий

момент при взаимодействии катушек пропор­ционален

силе токов, проходящих через них,

где I1— ток в неподвижной катушке, I2— ток в подвижной ка­тушке, k— коэффициент пропорциональности. Противодействующий момент пропорционален углу поворо­та катушки

При равенстве моментов стрелка устанавливается в положе­ние равновесия Мпр = Мвр. Следовательно,

Таким образом угол отклонения стрелки прибора пропор­ционален произведению силы токов в неподвижной и подвижной катушках.

Приборы электродинамической системы применяются в ка­честве амперметров, вольтметров и ваттметров в цепях постоян­ного и переменного токов, так как направление вращающего мо­мента не изменяется при изменении направления обоих токов.

Электродинамические приборы имеют ряд достоинств: воз­можность применения для измерений в цепях постоянного и пе­ременного тока; высокую точность, обусловленную отсутствием в токонесущих катушках металлических частей. К недостаткам электродинамических приборов нужно отнести: низкую чувстви­тельность, так как малый ток в катушках не вызовет заметного отклонения подвижной катушки; большая чувствительность к перегрузке, так как ток в катушки подводится через тонкие спи­ральные пружинки 5; влияние внешних маг­нитных полей на показания прибора, из-за небольшого собственного маг­нитного поля катушек; неравномерность шкалы (кроме ваттметра).

Читайте также:  Солнечный коллектор с насосом

Для устранения влияния внешних магнитных полей элек­тродинамические приборы изготовляются экранированными. В экранированных приборах обе катушки поме­щаются в железный цилиндр (экран) 6.

Часть недостатков можно устранить, если внутри обоих катушек поместить ферромагнитные сердечники. Такой измерительный механизм называют ферродинамическим. Введение ферромагнитного сердечника позволяет уменьшить собственное потребление энергии, увеличить чувствительность и отказаться от электромагнитных экранов. Однако вместо устраненных недостатков появляются другие: существенно снижается точность прибора из-за наличия остаточной индукции в ферромагнитных сердечниках, усложняется конструкция прибора.

Электродинамические измерительные механизмы применяют для лабораторных переносных приборов повышенной точности, а ферродинамические чаще изготавливают щитовыми и применяют в цепях переменного тока.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Только сон приблежает студента к концу лекции. А чужой храп его отдаляет. 8984 — | 7636 — или читать все.

91.146.8.87 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)

очень нужно

Принцип действия измерительного механизма электромагнитной системы основан на взаимодействии магнитного поля электромагнита с магнитным полем, наведённым в сердечнике, выполненным из магнитомягкого материала. Сердечник способен намагничиваться. В результате такого взаимодействия сердечник втягивается внутрь катушки электромагнита. Сердечник закреплён на оси со стрелкой. Следовательно, происходит поворот подвижной части механизма и отклонение стрелки прибора.

Сила, действующая на сердечник, а, следовательно, и угол поворота подвижной части прибора пропорциональна квадрату тока, протекающего по катушке. По этой причине шкала измерительного прибора нелинейная с сильно сжатым начальным участком. Усилие создаваемое электромагнитом не зависит от направления прохождения тока по катушке. По этому приборы электромагнитной системы пригодны для измерения как постоянного, так и переменного тока. Измерительные механизмы электромагнитной системы снабжаются специальными успокоителями воздушного или магнитоиндукционного принципа действия.

Кроме приборов магнитоэлектрической и электромагнитной систем промышленностью выпускаются приборы, имеющие измерительные механизмы других систем.

Электродинамическая система, в которой взаимодействуют магнитные потоки двух катушек – подвижной и неподвижной. Приборы этой системы пригодны для измерения как постоянного, так и переменного тока.

Ферродинамическая система. Конструкция измерительного механизма ферродинамической системы аналогична конструкции механизма магнитоэлектрической системы, однако постоянное магнитное поле создаётся электромагнитом. Применение электромагнита приводит к увеличению потребляемой прибором энергии и уменьшению внутреннего сопротивления прибора и снижению его чувствительности.

Индукционная система. В таком механизме вращающий момент создаётся за счёт взаимодействия переменных магнитных полей с токами, наведёнными в металлическом (алюминиевом) диске. Диск устанавливается на оси связанной со счётным устройством. Механизмы индукционной системы применяются в счётчиках потреблённой электроэнергии.

Электростатическая система. Механизм электростатической системы содержит две пластины, расположенные близко друг к другу с угловым сдвигом. Одна пластина неподвижная, а другая находится на той же оси что и стрелка. При подаче напряжения на пластины, они притягиваются друг к другу вследствие взаимодействия электрических зарядов разного знака. Чувствительность таких приборов очень низкая, но внутреннее сопротивление очень высокое – до нескольких миллионов Ом. Электростатические системы применяются в вольтметрах рассчитанных на измерение высоких напряжений – десятки тысяч Вольт.

Измерительные приборы электромагнитной и электродинамической системы могут иметь специальную конструкцию, снижающую влияние внешних магнитных полей. Такие приборы называются астатическими.

Обозначения типа прибора и его особенностей.

На шкалу прибора или рядом с ней наносятся условные обозначения, указывающие его марку или тип, назначение, т. е. измеряемую величину, тип измерительной системы, для какого тока предназначен – постоянного или переменного, класс точности, т. е. приведённая погрешность, рабочее положение прибора – горизонтальное, вертикальное или наклонное, значение напряжение при котором испытывалась изоляция прибора, тип преобразователя и др. Рис. .

Рис. Пример условных обозначений на шкале прибора.

Отсчетное устройство.

Отсчетным устройством называется часть измерительного прибора, позволяющая определить значение измеряемой величины. Отсчетные устройства бывают:

В большинстве измерительных приборов отсчётные устройства стрелочные. Они состоят из неподвижной шкалы и подвижной стрелки-указателя. Шкалы бывают обычные и зеркальные. На шкале наносятся отметки, соответствующие значениям измеряемой величины. Шкалы бывают равномерные и неравномерные.

Считывать показания следует, наблюдая положение стрелки, в направлении перпендикулярном плоскости шкалы.

Читайте также:  Тепловизор guide n driver

В общем случае показания прибора определяют в следующей последовательности:

1. Определить предел измерения прибора, т.е. то наибольшее значение, которое прибор может измерить.

2. Определить количество делений шкалы (обычно указывается около последней отметки шкалы).
3. Определить цену деления, разделив предел измерений на количество делений шкалы.
4. Определить количество делений, которое указывается стрелкой прибора.
5. Определить измеренное значение величины, умножив количество указанных делений на цену одного деления.

Например. Предел измерений 400В.

Количество делений шкалы 80.

Цена деления 400/80 = 5В/дел.

Показания прибора 35 делений.

Значение измеренного напряжения 35х5=175В.

При наличии опыта работы с приборами, возможно использование и других способов считывания результатов.

В последнее время широкое распространение получили измерительные приборы с цифровым отсчётным устройством, которые показывают значение измеряемой величины на цифровом дисплее. Такие приборы весьма чувствительны к различным внешним помехам, что в некоторых случаях приводит к искажению результатов измерений. Об этом необходимо помнить и проверять, не является полученный результат ошибочным. При отсутствии практического опыта работы с измерительными приборами отличить достоверный результат от ложного зачастую трудно. Стрелочные измерительные приборы, особенно магнитоэлектрической системы слабо чувствительны квнешним помехам и поэтому дают достоверные результаты.

Измерение тока.

Электрический ток измеряется амперметром, миллиамперметром или микроамперметром. Выбор прибора для измерения тока зависит от значения тока, протекающего в измеряемой цепи.

Измерительный механизм магнитоэлектрической системы имеет, как правило, высокую чувствительность и дает полное отклонение стрелки при токе 50-150 мкА. Для получения такого тока на рамке прибора должно действовать напряжение порядка 75-150 мВ. Следовательно, измерительный механизм можно использовать только в качестве гальванометра для регистрации токов и напряжений малой величины.

Для расширения предела измерения измерительного прибора к измерительному механизму подключают либо шунт (для амперметра), либо добавочное сопротивление (для вольтметра).

Амперметр включается цепь последовательно с нагрузкой, другими словами амперметр включается в разрыв цепи, в которой надо измерить значение тока.

Для расширения предела измерения амперметра (миллиамперметра, микроамперметра) параллельно измерительному механизму подключается сопротивление, называемое шунтом.

В схеме: I — измеряемый ток, – ток шунта, — ток измерительного механизма, — сопротивление шунта, — сопротивление рамки измерительного механизма, — сопротивление нагрузки

Поскольку измерительный механизм и шунт соединены параллельно, то напряжение, действующее на них, одно и тоже.

, где: – ток шунта, – сопротивление шунта, –ток измерительного механизма, – сопротивление измерительного механизма.

После преобразования получим , где K – коэффициент расширения предела изменения амперметра, показывающий во сколько раз предел измерения прибора с шунтом больше, чем предел измерения прибора без шунта.

Задача. Имеется прибор- миллиамперметр с током полного отклонения стрелки 100мА и внутренним сопротивлением 300 Ом. Рассчитать шунт для получения амперметра с пределом измерения 5 А.

Если амперметр или миллиамперметр рассчитан на измерение тока в широком диапазоне значений, то такой прибор делают многопредельным. Предел измерений выбирается соответствующим переключателем. Многопредельный амперметр снабжается несколькими шунтами или одним многопредельным шунтом. При расчёте многопредельного шунта следует иметь в виду, что при переключении предела измерений происходит изменение не только сопротивление шунта, но и сопротивление измерительного механизма, т. к. последовательно с измерительным механизмом включается часть сопротивления многопредельного шунта.

Для приведённой схемы измеряемый ток равен:

, где: I – измеряемый ток, – сопротивление измерительного механизма, – сопротивление добавочного резистора, – сопротивление шунта. В этом уравнении два неизвестных и Rд, поэтому + Rд.

Измерение напряжения.

Для измерения напряжения применяются вольтметры или милливольтметры, реже микровольтметры. В измеряемую цепь вольтметр подключается параллельно тому участку схемы, на котором необходимо измерить напряжение.

Ток, протекающий по вольтметру , где Iu – ток вольтметра, Uu – напряжение действующее на вольтметре, Ru – сопротивление вольтметра. Если сопротивление вольтметра много больше сопротивления того участка цепи, к которому подключается вольтметр, то вольтметр не оказывает существенного влияния на напряжение, действующего в точках подключения вольтметра. В противном случае при подключении вольтметра происходит уменьшение напряжения в точках подключения вольтметра и возникает дополнительная погрешность.

Для расширения предела измерения вольтметра применяются добавочные сопротивления. Добавочное сопротивление включается последовательно с измерительным механизмом прибора, т. е. с тем вольтметром, предел измерения которого расширяется.

, где – сопротивление добавочное, – сопротивление измерительного механизма (исходного вольтметра), К – коэффициент расширения предела измерений, показывающий во сколько раз расширяется предел измерений.

Для многопредельного вольтметра применяют добавочные резисторы, состоящие из нескольких частей.

Ссылка на основную публикацию
Экомембрана кухня что это
* Обращаем Ваше внимание, что цена за погонный метр включает в себя стоимость мебели,цоколя, столешницы ЛДСП и ножек (без замены...
Что можно сделать со старыми шторами
Никого не удивляет, что еще вчера модные и современные шторы сегодня становятся пережитком. Но не выбрасывать же крепкую ткань только...
Что надо для строительства дома
Какие документы нужны для строительства частного дома — важный вопрос, который волнует многих. Ведь, иметь собственный дом — это мечта...
Щитовые бани фото проекты
Как постро­ить кар­кас­ную бань­ку 3x4 сво­и­ми рука­ми. Пред­став­ляю вам подроб­ный рабо­чий фото про­ект для стро­и­тель­ства недо­ро­гой и про­стой в испол­не­нии...
Adblock detector