Измерение электрических величин

Для измерения величины постоянного тока выделяют параметры U, I, P, R. Для переменного тока параметры U, I, P, f, , G, L, R_акт.

По принципу действия: электромеханические, термоэлектрические, электронные.

По методу преобразования различают устройства: прямого и дифференциального, уравновешенного и развертывающего.

По принципу действия: магнитоэлектрические, электромагнитные, электростатические, электродинамические, ферродинамические.

Магнитоэлектрические приборы

В них используется взаимодействие постоянного поля магнита с катушкой (рамой), по которой протекает измеряемый ток. (либо подвижна рама, либо наоборот).

1 – постоянный магнит; 2 – полюсный наконечник; 3 – неподвижный магнитопровод; 4 – подвижная часть (рамка) ω = 200…500; 5 – полуоси; 6, 7 – противодействующие пружинки, по которым проводят измеряемый ток; 8 – стрелка; 9 – грузики для балансировки рабочей части.

На шкале прибора указывают тип конструкции

- магнитоэлектрические приборы (подвижная часть рамка)

- для вертикального расположения

- для горизонтального

- класс точности

- напряжение испытания изоляции прибора

- прибор с выпрямителем

- биполярный транзистор (есть усиливающее устр.)

вращающаяся часть магнит (подвижная часть магнит)

,

,

M_{противодейств} = Wα ,

α – угол поворота; W – постоянный коэффициент, характеризующий размеры и упругие свойства пружины.

Wα=BSωI => K — коэффициент чувствительности тока.

Достоинства: шкала прибора равномерная, высокая чувствительность, полярность сигнала, наличие постоянного магнита, уменьшает влияние внешних магнитных полей.

Недостатки: сложная и дорогая измерительная система. Небольшая величина измеряемых токов ≤ 20…50мА, больший ток вызывает перегорание пружин 6 и 7. Измеряют только постоянный ток, если нет физических устройств.

На базе приборов такой системы разработаны амперметры, вольтметры, омметры.

R_ш – шунт

I>>I_п R_ш<<R_п

- коэффициент шунтирования

I = I_п + I_ш I_п * R_п = I_ш * R_ш = R_ш * (I-I_п);

;

.

Если прибор для тока несколько десятков ампер, то шунты встраивают в прибор, если токи больше, то используют внешние шунты (из манганина)

Вольтметры

R_д – добавочное сопротивление; U_п << U

— падение

U = U_п + U_д; ;

;

Rд=Rп(m-1).

Если U < 600В, внутреннее добавочное сопротивление

Если U > 600В, внешнее добавочное сопротивление

Омметры

R_п < R_х R_п << R_д

.

При Т замкнутом устанавливают Rд

Подобная схема применяется для измерения больших сопротивлений:

при Rx=0 I=E/Rд

при Rx=бесконеч. I=E/(Rд+Rп)

Логометры

Логометр — это прибор электромагнитной системы подвижная часть, которой составляет две жестко скрепленные под определенным углом рамки.

Электропровода в форме эллипса, для неравномерного магнитного поля, чтобы создать вращающий момент.

Мвр₁ = К₁В₁(φ)I₁

Мвр₂ = К₂В₂(φ)I₂

Мвр₁=Мвр₂

К₂В₂(φ)I₂=K₁B₁(φ)I₁

Достоинство: результат измерения тока не зависит от E

Обозначения:

- подвижная рамка

- подвижный магнит.

Электромагнитные приборы

В них вращающий момент возникает в результате взаимодействия магнитного поля катушки по которой течет измеряемый ток с одним или несколькими ферромагнитными сердечниками, которые, как правило, подвижные.

1 – каркас; 2 – катушка; 3 – подвижная часть (сердечник из ферромагнитного материала); 4 – воздушный успокоитель; 5 – противодействующая пружина; 6 – грузики для балансировки.

Энергия катушки.

.

Мпр = Wd.

W – удельная проводимость.

Момент зависит от размера и жесткости пружины.

Mвр = Мпр.

— при R = const.

.

Переменный ток считается эквивалентным постоянному току такой же мощности и, таким образом, определяют эффективное (действующее) значение тока (напряжения).

Обозначается так .

Достоинства: простота и надежность, дешевизна, способность выдерживать большие перегрузки (нет токоподводных пружин). Возможность применения для измерения постоянного и переменного тока.

Недостатки: мала точность и чувствительность, неравномерность шкалы в диапазоне перемещения.

За счет выбора форм элемента , удается равномерную шкалу после 20-15%.