27. Электродинамическая система
Приборы этой системы (рис. 33) состоят из двух обмоток: неподвижной (рис. 33а) и подвижной (рис. 33б). Подвижная обмотка укреплена на оси OO′ и расположена внутри неподвижной обмотки. На оси OO подвижной обмотки укреплены указательная стрелка 3 и спиральные пружинки 4 и 4′, через которые подводится ток к обмотке 2. Эти же пружинки создают противодействующий момент Мпр, пропорциональный углу закручивания α. Принцип действия прибора (рис. 33б) основан на взаимодействии тока 12 подвижной обмотки с магнитным потоком Ф1 неподвижной обмотки.
Рис. 33. Устройство электроизмерительного прибора электродинамической системы (а); пояснение принципа действия прибора (б)
При постоянном токе электромагнитная сила Fэм, действующая на проводники подвижной обмотки, пропорциональна току и магнитному потоку Ф1.
Поскольку поток Ф1 пропорционален току I1 неподвижной обмотки, вращающий момент, действующий на подвижную обмотку, пропорционален произведению токов обмоток:
Мвр = С′Ф1I2 = С′′I1I2,
где С и С′′ – коэффициенты пропорциональности.
При переменном токе вращающий момент пропорционален произведению мгновенных значений токов:
i1 = I1m sin ωt и i2 = I2m sin (ωt + ψ).
Показание прибора в этом случае определяется средним за период значением вращающего момента:
где С – коэффициент, зависящий от числа витков, геометрических размеров и расположения катушек;
I1 и I2 – действующие значения токов в обмотках;
ψ – угол сдвига фаз между векторами токов I1 и I2.
При равенстве моментов (Мвр = Мпр) подвижная обмотка отклоняется на угол α и стрелка указывает на шкале числовое значение измеряемой электрической величины. Для успокоения подвижной части прибора используют воздушные демпферы. Электродинамические приборы применяют для измерения мощности, тока и напряжения в цепях переменного тока.
Приборы электродинамической системы обладают высокой точностью (обусловленной отсутствием ферромагнитных сердечников) и могут быть использованы для измерения электрических величин в цепях постоянного и переменного тока. Недостатками приборов являются чувствительность к перегрузкам и влияние посторонних магнитных полей на точность измерений. Приборы этой системы используются в качестве амперметров, вольтметров и ваттметров.
28. Погрешности измерений электроизмерительных приборов
Показания электроизмерительных приборов несколько отличаются от действительных значений измеряемых величин. Это вызвано непостоянством параметров измерительной цепи (изменением температуры, индуктивности и т. п.), несовершенством конструкции измерительного механизма (наличие трения и т. д.) и влиянием внешних факторов (внешних магнитных и электрических полей, изменений температуры окружающей среды и т. д.).
Разность между измеренным Au и действительным Aд значениями контролируемой величины называется абсолютной погрешностью измерения: ΔA = Au – Aд.
Если не учитывать значения измеряемой величины, то абсолютная погрешность не дает представления о степени точности измерения. Предположим, что абсолютная погрешность при измерении напряжения составляет ΔU = 1B. Если указанная погрешность получена при измерении напряжения в 100 В, то измерение произведено с достаточной степенью точности. Если же погрешность ΔU = 1B получена при измерении напряжения в 2 В, то степень точности недостаточна. Поэтому погрешность измерения принято оценивать не абсолютной, а относительной погрешностью.
Относительная погрешность измерения представляет собой отношение абсолютной погрешности к действительному значению измеряемой величины, выраженное в процентах:
Поскольку действительное значение измеряемой величины при измерении не известно, для определения АА и у можно воспользоваться классом точности прибора, представляющим собой обобщенную характеристику средств измерений, определяемую предельными допустимыми погрешностями.
Амперметры, вольтметры и ваттметры подразделяются на восемь классов точности: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0. Цифра, обозначающая класс точности, определяет наибольшую положительную или отрицательную основную приведенную погрешность, которую имеет данный прибор.
Под основной приведенной погрешностью прибора понимают абсолютную погрешность, выраженную в процентах по отношению к номинальной величине прибора:
Например, прибор класса точности 0,5 имеет gпр = ± 0,5 %.