Электромеханические измерительные приборы

Щитовые амперметры непосредственного  включения выпускают со шкалами от 100 мА до 500 А. Для расширения пределов измерения переменного тока применяют измерительные трансформаторы тока. Они различаются классами точности (от 0,05 до 1,0), значением нормированного номинального сопротивления нагрузки в цепи вторичной обмотки (от 0,2 до 2,0 Ом). Основная рабочая частота 50 Гц, но есть трансформаторы на 400 и 1000 Гц.

Первичная обмотка трансформатора тока содержит малое число витков и включается последовательно в разрыв цепи.

Вольтметры. Катушку вольтметра изготовляют из большого числа витков тонкого медного провода, достаточного для полного отклонения указателя при данном значении тока.

Щитовые вольтметры непосредственного  включения выпускают со шкалами  от 7,5 до 250 В и добавочными сопротивлениями— на 450, 600 и 750 В; класс точности 1,5. Для измерения более высоких напряжений, вплоть до 15 кВ, применяют измерительные трансформаторы напряжения.

 

4. Электродинамические приборы

Электродинамические измерительные  приборы основаны на принципе взаимодействия токов. Они могут применяться для измерений, как на переменном, так и на постоянном токе.

Электродинамический измерительный  прибор с замкнутой магнитной цепью работает как прибор магнитоэлектрической системы, но с той разницей, что вместо постоянного магнита используется электромагнит.

В электродинамическом измерительном  приборе без ферромагнитного сердечника полностью отсутствуют ферромагнитные элементы. При возбуждении магнитного ноля принцип действия прибора такой же, как у прибора с: замкнутой магнитной цепью.

Принцип действия основан на взаимодействии магнитных полей подвижной и  неподвижной катушек с токами (рис. 1.6).

 

 

 

 

Рис.1.6. Электродинамический прибор

1 – неподвижная катушка, 2 –  подвижная катушка

Достоинства: возможность перемножать  измеряемые величины, т.е, измерять мощность; малая погрешность, так как в механизме нет железа; применимость в цепях постоянного и переменного (в том числе несинусоидального) тока; высокая точность; фазочувствительность.

Недостатки: малая чувствительность; низкая перегрузочная способность; большое потребление энергии; сложность конструкции; нелинейность шкалы; влияние температуры, частоты и внешнего магнитного поля. 
Для уменьшения влияния магнитных полей электродинамические приборы часто изготовляют астатическими.

Промышленность выпускает много щитовых и переносных амперметров, вольтметров и ваттметров электродинамической системы для применения в цепях постоянного и переменного тока с частотой 50, 400, 1000, 2000 и 3000 Гц. Класс точности щитовых приборов 1,5; переносных — 0,2; 0,5 и 1,0.

Амперметры. Для измерения силы тока обе катушки соединяют параллельно или последовательно (рис. 1.7, а).

 

 

 

 

Рис. 1.7. Соединение катушек электродинамического прибора для работы его в качестве: а — амперметра; б — вольтметра; в — ваттметра

Щитовые амперметры непосредственного  включения выпускают с пределами  измерения от 1 до 200 А. Расширение пределов (до 6 кА) осуществляется при помощи измерительных трансформаторов тока. Переносные амперметры имеют шкалы от 5 мА до 10 А.

Вольтметры. Для измерения напряжения обе катушки соединяют последовательно (рис. 1.7, б).

Щитовые вольтметры непосредственного  включения выпускаются со шкалами  до 450 В, переносные — от 7,5 до 600 В. Для  расширения пределов измерения вплоть до 30 кВ применяют измерительные трансформаторы напряжения.

Ферродинамические приборы являются разновидностью электродинамических с тем отличием, что неподвижные катушки заключены в сердечнике из ферромагнитного материала. Такая конструкция обеспечивает значительное увеличение вращающего момента и хорошую защиту от внешних магнитных полей. Однако наличие сердечника приводит к увеличению погрешности прибора.

 

5. Электростатические приборы

Электростатические измерительные  приборы могут быть использованы для измерений, как на постоянном, так и на переменном токе. Измерительный прибор состоит из конденсатора, электроды которого закреплены так, что имеется возможность, прикладывая электрическое напряжение, получать механическое усилие, действующее в направлении увеличения емкости. Изменение емкости может осуществляться путем изменения либо эффективной площади электродов, либо расстояния между электродами.

Принцип действия основан на взаимодействии электрически заряженных подвижных и неподвижных проводников (пластин).

Конструктивно они выполняются в виде неподвижной и подвижной пластин, к которым прикладывается измеряемое напряжение (рис. 1.8).

 

 

 

 

 

 

 

  

Рис. 1.8. Устройство электростатических приборов: а — с изменяющейся рабочей площадью пластин; б —  с изменяющимся расстоянием между  пластинами; в — высоковольтного

1 и 2 — (неподвижная и подвижная  пластины; 3 — высоковольтный электрод; 4 — заземленный электрод; 5 - металлическая  труба; 6 - изолятор

Электростатические приборы являются вольтметрами и киловольтмет-рами, пригодными для измерения постоянного и переменного напряжения. Шкала, градуированная на постоянном напряжении, справедлива для действующего значения переменного напряжения любой формы.

Достоинства: большие пределы измерений (до 1 MB); при измерении постоянного напряжения мощность от измеряемой цепи не потребляется и входное сопротивление стремится к бесконечности; широкий диапазон частот измеряемых напряжений (до 30 МГц).

Недостатки: малая чувствительность; изменение емкости в процессе измерения; малая надежность; нелинейность шкалы; влияние температуры окружающей среды и внешнего электрического поля.

Для уменьшения влияния внешнего электрического поля применяется экранирование. Электростатический экран представляет собой в простейшем виде слой электропроводящей краски на внутренних стенках корпуса прибора. Экран лучшего качества делают из латунной фольги.

Электростатические приборы выполняют  в виде щитовых и переносных вольтметров  и киловольтметров для применения в цепях постоянного и переменного  тока с частотой от 20 Гц до 30 МГц. Ограничение рабочей частоты обусловлено собственной резонансной частотой входной цепи, определяемой входной емкостью прибора и индуктивностью вводов и подводящих проводов.

Входная емкость для разных приборов составляет от 4 до 30 пФ и резонансная частота — от 50 до 180 МГц. Щитовые приборы выполняют со шкалами от 30 В до 3 кВ класса 1,0 и 1,5 на частоты до 1 МГц. Переносные — со шкалами от 30 В до 3 кВ класса 0,5; 1,0 и 1,5 на частоты до 30 МГц. Выпускаются высоковольтные вольтметры на 2) —75, 100 и 300 кВ класса 1,0 и 1,5 на частоты от 50 кГц до 5 МГц.

На рис. 1.8, показана конструкция  одного из киловольтметров.

 

 

 

         Заключение

Цель курсового исследования достигнута путём реализации поставленных задач. В результате проведённого исследования по теме "Метрологическое обеспечение и стандартизация измерений напряжения и тока" можно сделать ряд выводов.

Большое разнообразие явлений, с которыми приходится сталкиваться, определяет широкий круг величин, подлежащих измерению. Во всех случаях проведения измерений, независимо от измеряемой величины, метода и средства измерений, есть общее, что составляет основу измерений - это сравнение опытным путем данной величины с другой подобной ей, принятой за единицу. При всяком измерении мы с помощью эксперимента оцениваем физическую величину в виде некоторого числа принятых для нее единиц, т.е. находим ее значение.

Напряжения и токи измеряют в  диапазоне от единиц микровольт до сотен киловольт и от долей наноампер до сотен килоампер при частотах от нуля до гигагерц.

Различные методы и средства измерений позволяют получать результаты измерений с погрешностями, составляющими тысячные доли процента, а токов - сотые доли процента. С наивысшей точностью измеряются постоянные напряжения и токи. Напряжения и токи измеряют как приборами непосредственной оценки (электромеханической и электронной групп), так и приборами, реализующими методы сравнения. Широко применяются косвенные методы измерения.

Приборы, предназначенные для прямого  измерения напряжений, называют вольтметрами, милливольтметрами, киловольтметрами. Их подключают параллельно участку цепи, напряжение на котором нужно измерить.

Приборы, предназначенные для прямого  измерения токов, называют амперметрами (миллиамперметрами, микроамперметрами). Их подключают в разрыв цепи.

 Список литературы

 

1. Богданов Г.П., Кузнецов В.А., Лотонов М.А. Метрологическое обеспечение и эксплуатация вычислительной техники. – М.: Радио и связь, 1990.
2. Васильев Л.А. Основы метрологии и электроизмерительная техника. Конспект телевизионных лекций: Учебное пособие. Донецк: ДонНТУ. – 2004.
3. Кузнецов В.А., Ялунин Г.В. Основы метрологии. Учебное пособие. – М.: Издательство стандартов, 1995.
4. Малинский В.Д. Основы сертификации. Учебное пособие – МГИЭМ.- М.: 2001.
5. Метрологическое обеспечение и эксплуатация измерительной техники /Под ред. В.А.Кузнецова. – М.: Радио и связь, 1990.
6. Метрология, стандартизация и измерения в технике связи. Учеб. пособие для вузов /Под ред. Б.П.Хромого. – М.: Радио и связь, 1986.