12. Электростатические измерительные механизмы и приборы.

В электростатических ИМ перемещение подвижной части происходит под действием энергии электрического поля системы двух или нескольких электрически заряженных проводников, т.е. перемещение осуществляется за счёт действия непосредственно приложенного напряжения. Поэтому основной областью применения этих механизмов являются приборы, измеряющие напряжение – вольтметры.

Перемещение подвижной части во всех конструкциях электростатических механизмов связано с изменением ёмкости системы. Распространение получили два вида механизмов: изменение ёмкости в одних осуществляется за счёт изменения активной площади электродов, а в других – за счёт изменения расстояния между электродами. Первые применяются в щитовых и переносных вольтметрах на напряжение от десятков до сотен вольт, вторые – в щитовых киловольтметрах.

Устройство механизма таково: неподвижная часть (неподвижный электрод) состоит из одной или нескольких камер, которые представляют две одинаковые металлические пластины, соединённые вместе и имеющие воздушный зазор. В воздушный зазор входит подвижный секторообразный электрод, укреплённый на оси. Электрод и указатель образуют подвижную часть. Под действием подведённого к электродам напряжения создаётся электрическое поле. Силы электрического поля стремятся повернуть подвижную часть так, чтобы энергия электрического поля была наибольшей, т.е. чтобы подвижный электрод втягивался в пространство между неподвижными электродами и поворачивался указатель. Электроды изготавливаются из алюминия.

В электростатических ИМ применяют больше частью магнитоиндукционные успокоители, реже – воздушные.

Уравнение преобразования для электростатического ИМ имеет вид: α=U², где С – ёмкость между подвижными и неподвижными электродами.

Чувствительность электростатических механизмов мала. Вращающий момент мал, это не позволяет сделать его на базе вольтметра с пределами измерения меньше 10В.

Собственное электрическое поле электростатических вольтметров незначительное, поэтому на работу приборов сильное влияние оказывают внешние электрические поля. Для уменьшении этого влияния приборы экранируют. Экраном может служить корпус прибора, если он металлический. Если корпус выполнен из пластмассы, то экраном может служить алюминиевая фольга.

На электростатические вольтметры почти не влияют температура, частота и форма кривой приложенного напряжения и внешние магнитные поля.

Собственное потребление мощности вольтметра на переменном токе мало, а при включении в цепь постоянного тока при установившемся режиме равно нулю.

Электростатические вольтметры применяют в широком частотном диапазоне в маломощных цепях, а также в цепях высокого напряжения до сотен киловольт.

12. Индукционные измерительные механизмы и приборы.

Устройство и принцип действия индукционного ИМ

Принцип действия индукционных ИМ основан на взаимодействии переменных магнитных потоков электромагнитов и вихревых токов, индуктированных этими магнитными потоками в подвижной части, выполненной обычно в виде алюминиевого диска.

По числу витков, пересекающих подвижную часть, ИМ могут быть однопоточными и многопоточными. Наибольшее распространение получили многопоточные механизмы, а именно – двухпоточные.

Переменные токи I₁ и I₂ протекающие по обмоткам электромагнитов создают переменные магнитные потоки Ф1 и Ф2, смещённые по фазе на угол ψ.

Переменные магнитные потоки Ф1 и Ф2 пересекают диск, индуктируют в нём ЭДС Е1 и Е2, отстающие от своих потоков на 90⁰.

Под действием наведенных ЭДС в алюминиевом диске появляются вихревые токи I_1,2 и I_2,2. От взаимодействия вихревого тока I_2,2 с магнитным потоком Ф1 и вихревого тока I_1,2 с магнитным потоком Ф2 создаётся вращающий момент, действующий на диск. Вращающий момент достигает своего максимального значения, если сдвиг по фазе между потоками равен 90⁰, и зависит от частоты тока.

Индукционные счётчики

Напряжение U, приложенное к обмоткам напряжения, создаёт ток I_U, имеющий угол сдвига фаз относительно напряжения U, близкий к 90⁰ из-за большого реактивного сопротивления обмотки. Ток I_U создаёт магнитный поток Ф в среднем стержне магнитопровода. Поток Ф делится на два потока: Ф_U и Ф_L. Рабочий поток Ф_U пересекает диск и замыкается через противополюс. Нерабочий поток Ф_L замыкается через боковые стержни магнитопровода и непосредственного участия в создании вращающего момента не принимает.

Ток I создаёт в магнитопроводе магнитный поток Ф1, который дважды пересекает диск и проходит через нижнюю часть среднего стержня магнитопровода. Поток Ф1 отстаёт от тока I на угол α_I. Т. о. диск пересекает два не совпадающих в пространстве и имеющих фазовый сдвиг потока Ф_U и Ф1. Возникающие при этом в диске вихревые токи, взаимодействуя с потоками, создают вращающий момент.

Для создания тормозного момента и обеспечения равномерной угловой скорости диска при каждой данной нагрузке служит постоянный магнит. При пересечении вращающимся диском потока магнита в диске наводится ЭДС, возникает ток, а следовательно, и тормозной момент М_т, пропорциональный угловой скорости диска.

Для учёта израсходованной энергии необходимо подсчитывать число оборотов диска, что осуществляется с помощью счётного механизма.