12 Электростатические им

Принцип действия электростатического измерительного механизма основан на взаимодействии двух или нескольких заряженных проводников. В виду этого, в данном механизме в отличии от других систем, передвижение подвижной части осуществляется за счет действия непосредственно приложенного напряжения. На рисунке 5.17 показан один из видов данного механизма.

1 - система подвижных металлических пластин; 2 - система неподвижных металлических пластин

Если приложить к неподвижным и подвижным пластинам напряжение, то они окажутся заряженными противоположными по знаку зарядами, в результате чего подвижные пластины будут притягиваться к неподвижным. Вращающий момент будет равен:

;

где W_э– энергия электростатического поля;

С – электрическая емкость между подвижными и неподвижными пластинами;

U – напряжение между подвижными и неподвижными пластинами;

Если измеряемое напряжение постоянно, то вращающий момент равен:

.

Если напряжение изменяется по закону , то средний вращающий момент будет равен:

;

где – действующее значение напряжение.

Угол поворота подвижной части будет равен:

.

И з этого выражения следует, что зависимость угла отклонения подвижной части от напряжения не линейна. Поворот подвижной части одинаков как при переменном, так и при постоянном напряжении, имеющем действующее значение равное значению постоянного тока. Линейная зависимость угла отклонения  от напряжения для значительной части диапазона получают изготовлением подвижных пластин случайной формы.

Достоинства

- имеют малое собственное потребление мощности от измеряемой цепи;

- при постоянном токе мощность потребления равно нулю;

- малое влияние температуры, частоты и формы сигналов;

- отсутствует влияние магнитных полей;

- возможность изготовления вольтметров для высоких напряжений до сотен киловольт без громоздких, дорогих, потребляющих большую мощность добавочных резисторов и измерительных трансформаторов.

Недостатки

- малая чувствительность;

- влияние внешних электростатических полей.

13 Индукционные им

1 - магнитопровод с обмоткой напряжения; 2 - П–образный магнитопровод с токовой обмоткой; 3 - постоянный магнит для создания тормозного эффекта; 4 – алюминиевый диск укрепленный на оси;5 – счетный механизм.

Приравнивая вращающий и тормозной моменты, получим:

Число оборотов диска N за время t определяется интервалом по времени

;

где - постоянная счетчика;

W – энергия прошедшая через счетчик за время t

Отсчет производится по показаниям счетного механизма – счетчика оборотов. Единице электрической энергии в 1Вт/4 соответствует определенное количество оборотов диска. Это соотношение, называемое передаточным числом А, которое указывается на счетчике.

Величину обратную передаточному числу А, называют номинальной постоянной С_ном. Значение А и С_ном – зависят от конструкции датчика.

Для определения значения угла поворота алюминиевого диска, рассмотрим механизм, как воздействие потоков Ф₁ и Ф₂, создаваемых токами в обмотках напряжения и тока (см рис.5.20).

Тогда вращающий момент будет равен:

;

где  - угол сдвига фаз между потоками Ф₁ и Ф₂;

f – частота в сети.

Т.к. магнитный поток прямо пропорционален току его создающего, то формула примет вид:

.

Отсюда получим выражения для угла поворота:

.

Кроме того, индукционные механизмы применяется в приборах, которые выполняют интегрирование какой–либо величины за определенный промежуток времени. Вращающий момент в этих приборах создается также как и в индукционных измерительных механизмах и должен быть пропорционален входной величине Y.

;

где С_в – коэффициент пропорциональности.

Динамическое равновесие подвижной части достигается при равенстве вращающего момента и магнитоиндукционного тормозного момента.

;

где Р_m – коэффициент успокоения

Интегрируя это выражение за время, которое вращается алюминиевый диск, получим уравнение преобразования:

;

где N – число оборотов;

- постоянная интегрирования.

Индукционный механизм применяется в счетчиках электроэнергии и количества электричества, в которых величина Y является либо мощностью, либо током. Счетчики активной электроэнергии выпускаются классом точности 0.5, 1.0, 2.0, 2.5. Счетчики реактивной энергии 1.5, 2, 3.0.

Порог чувствительности определяется выражением:

;

где I_nom – номинальное значение тока в токовой обмотке.

I_min – минимальное значение тока, при котором диск счетчика начинает безостановочно вращаться.

Трехфазные счетчики представляют собой три или два счетчика, объединенные одной осью.