ПРИЛАДИ МАГНІТОЕЛЕКТРИЧНОЇ СИСТЕМИ - Аналогові вимірювальні прилади. Принципи дії, властивості й застосування
Прилади магнітоелектричної системи (або, інакше, магнітоелектричні прилади) є найпоширенішими стрілочними електровимірювальними приладами. Ці прилади мають високу чутливість і застосовуються не тільки, як самостійні прилади для вимірювання сили струму й напруги, але й вбудовуються в інші, більш складні прилади, постачені вимірювальними перетворювачами різного призначення, принципу дії й виконання.
Принцип дії магнітоелектричного приладу (надалі МЕ - приладу) заснований на взаємодії провідника зі струмом і магнітним полем.
На мал. 5 представлений схематичне креслення МЕ - приладу із прикладом можливих написів на його шкалі. Позначення типу вітчизняних приладів містить відомості про систему ('М' - магнітоелектричний) і про завод-виготовлювача (перша цифра '1' - завод "Вібратор").
Рисунок 5 - Прилади магнітоелектричної системи, принцип дії, варіанти застосування.
Магнітне поле створюється постійним магнітом, що пройшов стабілізацію. Між полюсами магніту розташований сердечник таким чином, щоб повітряний зазор, у якому рухається рамка з обмоткою, був рівномірним. В обмотку рамки через пружинки або інші пружні елементи, наприклад, розтяжки, надходить струм I, і в результаті його взаємодії з постійним магнітним полем виникає обертаючий момент, де B - індукція магнітного поля в зазорі, S - площа обмотки рамки, W - число витків обмотки рамки. Обертаючому моменту протидіє момент, створюваний пружинкою або розтяжкою, що у межах пружних деформацій цих елементів лінійно залежить від кута повороту рамки : , де W - твердість пружинки (розтяжки). У сталому стані, коли,
(4)
С такою точністю, що забезпечується стабільністю індукції магнітного поля в зазорі й твердості пружинки (розтяжки). Сучасні технології виготовлення й стабілізації магнітів і пружних елементів дозволяють досягати значень основної приведеної погрішності МЕ - приладів аж до 0,1%.
Оскільки кут повороту рамки й, стало бути, стрілки лінійно залежить від струму в рамці, шкали автономно застосовуваних МЕ - приладів рівномірні.
У перехідному режимі, коли струм у рамці змінюється, рух рамки описується диференціальним рівнянням другого порядку, як коливальної системи, що має інерційну масу й твердість:
, (5)
Де J - момент інерції рухомої частини (рамки й стрілки), другий доданок є момент опору, пропорційний швидкості руху рамки. Цей момент для МЕ - приладів складається з моменту опору повітря й моменту гальмування, викликаного струмом, збудженим переміщенням обмотки рамки в магнітному полі (аналог рекуперативного гальмування електричного двигуна). Зазначену властивість МЕ - приладів використовують для запобігання стрілки від ушкоджень при транспортуванні шляхом закорочування обмотки рамки. У цьому випадку струм, збуджений в обмотці рамки при трясці й ударах, буде максимальним, отже, максимальним буде й гальмування стрілки.
Гранично досяжні значення параметрів МЕ - приладів:
- - межа наведеної погрішності, що допускає основної, - від 0,1%, - струм повного відхилення стрілки від 10 мкА.
У силу таких високих показників МЕ - прилади мають широке застосування. Приклади застосувань 1) - 8) показані на мал. 5 праворуч.
- 1) Використання як амперметр зі стандартними шунтами, спадання напруги на яких 10 мВ, 45 мВ, 75 мВ. Межі вимірювання постійного струму за допомогою таких амперметрів - від А (гальванометри) до 10 000 А (із шунтом). Основна приведена погрішність від 0,2%. 2) Вольтметр постійного струму з додатковим опором R. Висока чутливість МЕ - приладів дозволяє досягти досить високого опору подібних вольтметрів. Так, при струмі повного відхилення стрілки приладу 10 мкА опір вольтметра на основі МЕ - приладу складе 100 000 Ом/В. При діапазоні вимірів [0 - 10] В власний опір вольтметра складе 1.0 МОм. Такий високий опір вольтметра забезпечує сприятливі умови взаємодії з об'єктом ( див. п. 2.2).
Межі вимірювань від до. Основна приведена погрішність від 0,2%.
- 3) Амперметри для вимірювання діючого значення змінного струму в межах від 0.005 А до 100 А (із трансформатором струму) у частотному діапазоні до Гц із погрішністю від 1%. Вимірюваний струм надходить у термоперетворювач і нагріває дріт, температура якого визначається виділюваною в ньому активною потужністю цього струму, тобто діючим значенням струму. До цієї ж температури нагрівається гарячий спай термопари, і виникаючий у ній струм виміряється МЕ - приладом. 4) Випрямний амперметр. Показані на схемі діоди включені в протилежних напрямках для того, щоб включення такого амперметра в досліджуваний ланцюг не приводило до випрямлення струму в цьому ланцюзі. Опір R повинне бути дорівнює опору рамки приладу. Струм у ланцюзі повинен залишатися змінним.
Межі вимірювань від до (із трансформатором струму). Основна приведена погрішність від 1,5%.
5) Високочутливі електронні аналогові амперметри й вольтметри постійного струму й напруги з підсилювачем. Використовувані тут підсилювачі крім підвищення чутливості забезпечують сприятливі умови взаємодії з об'єктом вимірювань (див. п. 2.2) за рахунок того, що вхідний опір підсилювача струму (для амперметра) може бути зроблений дуже малим, а вхідний опір підсилювача напруги (для вольтметра), навпроти, - дуже великим до Ом.
Межі вимірювань сили струму від до 1.0 А, напруги - від В до В. Основна наведена погрішність від 1,5%.
6) Високочутливі електронні амперметри й вольтметри параметрів змінного струму й напруги. У цих приладах, як й у попередніх, підсилювач виконує однакові функції. Крім того тут можуть бути передбачені частотні фільтри, що забезпечують частотний аналіз вимірюваного (досліджуваного) сигналу.
Межі вимірювань сили струму від до 1.0 А, напруги - від до. Основна приведена погрішність амперметрів і вольтметрів від 1,5%.
Недолік випрямних амперметрів і вольтметрів змінного струму: кут відхилення стрілки МЕ-прилада пропорційний постійної складової випрямленого струму, але всі такі прилади градуюються в діючих значеннях струму й напруги. Це означає, що оголошені характеристики інструментальної погрішності подібних приладів справедливі тільки для тієї форми кривої струму або напруги, для якої виконане градуювання, а саме, для синусоїдальної. Погрішність, викликана відмінністю форми кривій від синусоїдальної, може скласти величину до 11%, що відповідає максимальному значенню коефіцієнта форми кривій.
- 7) Амплітудний електронний вольтметр. Показана на малюнку вхідний ланцюг, що складається з конденсатора й діода (схема фіксатора), при високому вхідному опорі підсилювача забезпечує виділення на діоді пульсуючої напруги з постійної складової, приблизно рівній подвійній амплітуді вимірюваної напруги. Це відбувається тому, що конденсатор, зарядившись до амплітудного значення напруги в наступний напівперіод замикає діод і тим самим піднімає вхідну напругу на величину його амплітуди. Погрішність такого перетворення викликається частковим розрядом конденсатора на вхідний опір підсилювача. 8) Аналоговий омметр. На схемі показані:
- внутрішнє джерело постійної напруги,
П - перемикач меж вимірювання,
К - ключ, замикання якого імітує нульове значення вимірюваного опору, при замкнутому ключі К с допомогою змінного опору встановлюється електричний '0' шкали омметра, якому відповідає струм повного відхилення стрілки МЕ - приладу.
Після установки нуля ключ К розмикається, і виконується вимір опору. Очевидно, що при струм через МЕ - прилад не тече, стрілка не відхиляється, і оцінка '' виявляється на лівій границі шкали опорів омметра.
Межі вимірювання - від одиниць Ом до сотень тисяч Ом. Основна приведена погрішність - не краще, ніж 1,5% .
9) Магнітоелектричний кулонометр. Щоб на основі МЕ - приладу створити прилад для виміру заряду, варто зменшити, по можливості, момент інерції рухливої частини й протидіючий момент. Тому в кулонометрові відсутні пружинки (розтяжки), струм в обмотку рамки подається через безмоментні підведення, а рухома частина максимально полегшена. Тоді в ідеальному випадку рівняння руху рухомої частини кулонометра перебуває з вираження (26):
, (6)
Звідки, по визначенню струму, як швидкості зміни заряду, одержимо
, ,
Де - інтервал часу, протягом якого вимірюваний заряд проходив через обмотку рамки. Результат вимірювання відраховує по шкалі приладу в кулонах, як різниця двох положень стрілки в момент часу приєднання до об'єкта й у момент завершення розряду об'єкта через обмотку рамки. У зв'язку з такою дією МЕ кулонометр забезпечується пристроєм примусової установки стрілки в деяке початкове положення перед кожним вимірюванням.
10) Магнітоелектричний веберметр призначений для вимірювання різниці потокозчеплення досліджуваного постійного магнітного поля з іспитовою котушкою веберметра, площа якої S і число витків відомі. Він улаштований і діє точно так само, як МЕ кулонометр.
Плоска котушка, приєднана до затискачів веберметра, переміщається з однієї в іншу точку досліджуваного магнітного поля. Нехай - магнітні потоки у двох крапках поля, тоді й - потокозчеплення в цих точках. ЕРС і відповідно, струм, що індуцируються в котушці при її переміщенні із точки до точки, обчислюються через похідну від потокозчеплення за часом. Зокрема, , де R - опір ланцюга. Підставляючи ці вираження у формули, записані вище для кулонометра, одержимо:
, .
Таким чином, для вимірювання різниці між магнітними потоками (або потокозчеплення) у двох точках магнітного поля необхідно встановити стрілку веберметра в деяке положення, потім приєднати до нього плоску котушку з відомою площею й числом витків і перемістити її між цими точками магнітного поля. Стрілка веберметра переміститься, і результатом вимірювання буде різниця положень стрілки, відлічена в одиницях магнітного потоку.
Межі вимірювань від 500 мкВб до мкВб. Основна приведена погрішність від 1,5%.
Похожие статьи
-
Типові способи й засоби розширення меж вимірювань Розширення меж вимірювання приладів - це важлива техніко - економічне завдання, метою якого є зменшення...
-
Принцип дії приладів електродинамічної системи (надалі ЕД-приладів) і приклад позначень на шкалі показані на мал. 6. Обертаючий момент створюється в...
-
Дія електростатичного приладу (надалі ЕС - приладу) заснована на використанні сили, що виникає між пластинами повітряного конденсатора, заряди на яких...
-
Будуть розглянуті особливості вимірювань у трифазних ланцюгах змінного струму наступних величин: діючих значень струму й напруги, активній і реактивній...
-
Принцип дії приладів електромагнітної системи (надалі ЕМ - прилади) пояснюється мал. 8, на якому наведені типові написи на шкалі. Обертаючий момент...
-
Єдиним різновидом приладів індукційної системи є лічильники активної й реактивної електричної енергії змінного струму, споживаної навантаженням. Устрій...
-
Призначення, схеми включення й принцип дії - ті ж, що й в ЕД - приладів. Як видно з мал. 7, конструктивне розходження полягає в тім, що з метою посилення...
-
ЗАГАЛЬНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ - Аналогові вимірювальні прилади. Принципи дії, властивості й застосування
Аналогові вимірювальні прилади, як правило, забезпечують виконання прямих вимірювань, відлік результату вимірювань виробляється по шкалі. Режим...
-
Розрахунок силової частини і вузлів системи керування - Транзисторний перетворювач із дроселем
Розрахунок силової частини 1) Проведемо прикидочний розрахунок мінімальної напруги на вході інвертора, прийнявши спадання напруги на фільтрі 5%: 2)...
-
ОПЕРАЦІЙНІ СИСТЕМИ WINDOWS, Загальні відомості. Головне меню - Будова ПК і принципи роботи з ним
Загальні відомості. Головне меню Windows - це багатоцільова операційна система, яка забезпечує одночасну роботу кількох додатків (програм). Порівняно з...
-
Пропорціонально-інтегральний (ПІ) закон регулювання. Регулятори, які працюють за даним законом, виконують переміщення регулюючого органу пропорційно сумі...
-
Вимірювач ємності електролітичних конденсаторів - Мікроконтролерний вимірювач ємності конденсаторів
Однією з найчастіших причин виходу радіоелектронної апаратури з ладу або погіршення її параметрів є зміна властивостей електролітичних конденсаторів....
-
Пристрій, що розробляється в даному дипломному проекті, повинен задовольняти наступним технічним вимогам: 1.1. Напруга живлення +5В±10% 1.2. Діапазон...
-
Сквід СКВІД (SQUID) - надпровідниковий квантовий інтерференційний пристрій, являє собою дуже чутливий вимірювальний універсального призначення, у якому...
-
АНАЛІТИЧНИЙ ОГЛЯД - Електронний цифровий мілівольтметр постійного струму з світлодіодним дисплеєм
Найбільш зручними в експлуатації приладами для вимірювання напруги є цифрові вольтметри. Вони можуть вимірювати як постійні, так і змінні напруги. Клас...
-
Основні властивості об'єктів регулювання - Системи автоматичного управління
Об'єкт керування (регулювання) -- це окрема машина, апарат, пристрій, технологічний процес або сукупність технічних засобів (машин, апаратів, пристроїв),...
-
Кондиціювання повітря (лат. condicio умова, вимога) - це створення та автоматична підтримка (регулювання) в закритих приміщеннях всіх або окремих...
-
Деякі показники якості системи автоматичного регулювання температури в печі не задовольняють вимоги, що висуваються до якості регулювання такого роду...
-
Що таке навантаження і ємність, фізичний зміст, приклад - Системи автоматичного управління
Навантаження (також -- навантага)- кількість (маса, об'єм, обсяг) оброблювального матеріалу, який надходить на апарат або транспортний пристрій за...
-
У лінії низького тиску використовуються трубопроводи, виготовлені зі сталі, міді чи маслобензостійкої пластмаси. У лінії високого тиску застосовують...
-
Цифрові аерознімальні системи - Фотограмметрія кінця ХХ століття - здобутки і тенденції
Цифрові знімальні камери для широкого вжитку з'явились на ринку на початку 90-х років, але перші з них не могли конкурувати з фотокамерами по якості...
-
Розрахунок проводиться з урахуванням наступних основних вимог: А) напруга UН І номінальний струм IНАпаратури повинні відповідати напрузі і тривалому...
-
Двигун СМД-62 являється чотирьохтактним, шестициліндровим дизелем з безпосереднім впорскуванням палива в камеру згоряння, рідинного охолодження з...
-
Регулятори приладового типу - Класифікація і типові структури промислових автоматичних регуляторів
Розглянемо регулятори приладового типу. Найбільше широко регулятори даного типу будуються на базі автоматичних приладів слідкуючого зрівноважування, до...
-
На відміну від традиційних лінійних ІП, що передбачають гасіння зайвої нестабілізованої напруги на прохідному лінійному елементі, імпульсні ІП...
-
Розробка структурної схеми, Розробка принципової схеми - Транзисторний перетворювач із дроселем
При підключенні мережі включається система керування зібрана на мікроконтролері, яка живиться від блоку живлення, що виробляє напругу 5 В, силова частина...
-
Фоторезистори використовують в своїй роботі ефект фотопровідності. Фоторезистори виконуються в найрізноманітніших конструктивних варіантах, різного...
-
Класифікація конденсаторів і міри безпеки при роботі з ними Залежно від призначення і конструктивною виконання випускають конденсатори: постійної...
-
Нормативи ТО і Р рухомого складу встановлені "Положенням про ТО і Р рухомого складу автомобільного транспорту" і відповідають нормальним Умовам...
-
Визначення і коригування періодичності і трудомісткості ТО і Р рухомого складу Вибір коефіцієнтів коригування Нормативи періодичності ТО, пробігу до КР,...
-
Рис.1.2- Схема системи живлення карбюраторного двигуна: 1 - фільтр-відстійник; 2 - кран; 3 - горловина для заливу палива; 4 - бак; 5- повітроочисник; 6 -...
-
Розрахуємо та побудуємо принципову схему СР. Всі компоненти схеми мають напругу живлення 5 В. Максимальний сумарний струм всіх елементів не перевищує 200...
-
Призначення електричного вулканізатора О - 110 ГМ Електричний вулканізатор О - 110 ГМ призначений для ремонту камер та поверхневих пошкоджень...
-
Саклад та властивості низьколегованих сталей Легованими називаються сталі, які у своєму складі містять легуючі елементи, що надають сталі спеціальних...
-
Технічне обслуговування ГРМ є частиною технічного обслуговування двигуна і включає перевірку і підтягування кріплень, діагностування двигуна,...
-
ПРОГРАМА WINDOWS EXPLORER (ПРОВІДНИК) - Будова ПК і принципи роботи з ним
Для зручної роботи з файлами, папками, дисками та іншими об'єктами у Windows Створено спеціальну програму Windows Explorer ( Проводник ). Як і Volkov...
-
Конденсатори знаходять застосування практично у всіх областях електротехніки. Конденсатори (спільно з котушками індуктивності та / або резисторами)...
-
МікроЕОМ серії К1814 являють собою чотирирозрядні ОМЕОМ, призначені для побудови різних систем керування. До складу серії входить універсальна мікро-еом...
-
Застосування, Оптоволоконний зв'язок - Оптичні хвилеводи
Оптоволокна широко використовуються для освітлення. Вони використовуються як світлопроводи в медичних і інших цілях, де яскраве світло необхідно...
-
Аналогові й цифрові канали Під каналом зв'язку розуміють сукупність середовища поширення й технічних засобів передачі між двома канальними інтерфейсами...
ПРИЛАДИ МАГНІТОЕЛЕКТРИЧНОЇ СИСТЕМИ - Аналогові вимірювальні прилади. Принципи дії, властивості й застосування