Электроизмерительные приборы. Лекция для студентов 1 курса

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

Для любого измерения, необходимо оперировать какими-то эталонными величинами. Ученые начинают разрабатывать свои единицы измерений. Российский физик Б.С.Якоби предлагает за одну единицу электрического сопротивления принять сопротивление медной проволоки, длина которой составляла 25 футов (7,62 м), а вес равнялся 345 гран (22,5 г). Французскими академиками принимается несколько другая единица измерения – единица Бреге. Бреге равнялась сопротивлению стальной проволоки длиной 1 км. и диаметром 4 мм. В Германии за единицу сопротивления приняли ртутный столб и т.д. В конце 19-го столетия двое французских ученых д’Арсонваль и Депре создают первый высокочувствительный гальванометр. Спустя несколько лет российский физик М. Доливо-Добровольский создает приборы, которые позже лягут в основу современных вольтметров, амперметров и ваттметров.

В развитии электроизмерительной техники конца второй половины XIX и начала XX ст. значительные заслуги принадлежат М. О. Доливо-Добровольскому. Он разработал электромагнитные амперметры и вольтметры, индукционные приборы с вращающимся магнитным полем (ваттметр, фазометр) и ферродинамический ваттметр

Классификация приборов Приборы магнитоэлектрической системы Приборы электромагнитной системы Приборы электродинамической системы Приборы электростатической системы

Условные обозначения систем приборов

Приборы магнитоэлектрической системы

Берут лёгкую алюминиевую рамку 2 прямоугольной формы, наматывают на неё катушку из тонкого провода. Рамку крепят на двух полуосях О и О', к которым прикреплена также стрелка прибора 4. Ось удерживается двумя тонкими спиральными пружинами 3. Силы упругости пружин, возвращающие рамку к положению равновесия в отсутствие тока, подобраны такими, чтобы были пропорциональными углу отклонения стрелки от положения равновесия. Катушку помещают между полюсами постоянного магнита М с наконечниками формы полого цилиндра. Внутри катушки располагают цилиндр 1 из мягкого железа. Такая конструкция обеспечивает радиальное направление линий магнитной индукции в области нахождения витков катушки (см рисунок). В результате при любом положении катушки силы, действующие на неё со стороны магнитного поля, максимальны и при неизменной силе тока постоянны.

Увеличивая силу тока в рамке в 2 раза можно заметить, что рамка повернётся на угол, вдвое больший. Силы, действующие на рамку с током прямо пропорциональны силе тока, то есть можно, проградуировав прибор, измерять силу тока в рамке. Точно так же можно прибор настроить на измерение напряжения в цепи, если проградуировать шкалу в вольтах, причём сопротивление рамки с током должно быть выбрано очень большим по сравнению с сопротивлением участка цепи, на котором измеряем напряжение, так как вольтметр подсоединяют параллельно к потребителю тока и вольтметр не должен отводить большой ток, чтобы не нарушить условия прохождения тока по потребителю тока и не исказить показания напряжения на изучаемом участке электрической цепи.

Принцип действия. Подвижная часть перемещается в результате взаимодействия поля постоянного магнита с магнитным полем проводника с током.

На рамку действуют силы F, направление которых определяют по правилу левой руки. Под действием этих сил рамка поворачивается на угол :           F=B I l N ,                                   где B – магнитная индукция в зазоре; I  – сила тока, протекающего по рамке; l – длина стороны рамки;   N– число витков обмотки рамки.

Момент сил, действующих на рамку со стороны магнитного поля при пропускании через нее измеряемого тока, не зависит от положения рамки в зазоре и равен М1 = I S N B, где I - сила тока в рамке, S - площадь витка, N - число витков, B - магнитная индукция.

При повороте рамки под действием магнитного поля на нее действует в обратную сторону момент сил упругости М2 со стороны двух спиральных пружин . Момент упругих сил прямо пропорционален углу поворота рамки A : М2 = γ A I S N B= γ A A=I S N B / γ,

Угол отклонения рамки прямо пропорционален силе тока I, а следовательно, шкала измерительного прибора магнитоэлектрической системы является линейной.

Достоинства:

Приборы электромагнитной системы

Принцип действия. Передвижение подвижной части измерительного механизма происходит в результате взаимодействия магнитных полей неподвижной катушки и одного или нескольких подвижных сердечников из ферромагнитных материалов. При протекании тока по катушке в приборах с плоской катушкой (рис. 1.3, а) возникает магнитное поле, сердечник намагничивается и втягивается в щель каркаса катушки, поворачивая ось со стрелкой.

В приборах с круглой катушкой (рис. 1.3, б) вращающий момент создается при взаимодействии подвижной и неподвижной пластин. При протекании тока по катушке вращающий момент создается при взаимодействии подвижной и неподвижной пластин. Обе пластины намагничиваются одинаковой полярностью и взаимодействуют друг с другом. Подвижной сердечник смещается (отталкивается), поворачивая стрелку Противодействующий момент создается спиральной пружиной

Принцип действия. Перемещение подвижной части прибора происходит в результате взаимодействия магнитных полей подвижной и неподвижной катушек, по которым протекает измеряемый ток. При этом подвижная катушка стремится изменить свое положение таким образом, чтобы направления магнитных полей совпали.

Приборы электростатической системы

С = 100 мкА/50 = 2мкА/дел.

Чувствительность прибора Величина, численно равная приращению угла поворота подвижной части прибора к приращению измеряемой величины dx называется чувствительностью прибора; Размерность чувствительности зависит от характера измеряемой величины (например, чувствительность прибора к току; чувствительности прибора к напряжению).

Цена деления прибора Величина К=1/с, обратная чувствительности, называется ценой деления прибора.

Подсчет абсолютной погрешности показаний прибора