Приборы магнитоэлектрической системы. Амперметры, вольтметры. Принцип действия, назначение, обозначения на шкале, предельные возможности.
П
риборы
магнитоэлектрической системы являются
самыми распространенными стрелочными
электроизмерительными приборами.
Рассмотрим схематический чертеж
магнитоэлектрического прибора с примером
возможных надписей на его шкале:
Магнитное поле создается постоянным
магнитом. Между полюсами магнита
расположен сердечник таким образом,
чтобы воздушный зазор, в котором движется
рамка с обмоткой, был равномерным. В
обмотку рамки через пружинки поступает
ток I, и в результате его взаимодействия
с постоянным магнитным полем возникает
вращающий момент
,
где B - индукция магнитного поля в зазоре,
S - площадь обмотки рамки,
w - число витков обмотки рамки.
Вращающему моменту противодействует
момент, создаваемый пружинкой
,
где W - жесткость пружинки,
- угол поворота рамки.
Дифференциальное уравнение движения рамки МЭ - прибора выглядит так:
В установившемся режиме, когда
,
будет:
Предельно достижимые значения параметров МЭ - приборов:
- предел допускаемой основной приведенной погрешности - от 0,1%,
- ток полного отклонения стрелки от 10 мкА.
Рассмотрим применение таких приборов:
Использование в качестве амперметра
со стандартными шунтами, падение
напряжения на которых 10 мВ, 45 мВ, 75 мВ.
Пределы измерения постоянного тока с
помощью таких амперметров – от
А
(гальванометры) до 10 000 А (с шунтом).
Основная приведенная погрешность от
0,2%.
Вольтметр постоянного тока с добавочным
сопротивлением R. При токе полного
отклонения стрелки прибора 10 мкА
сопротивление вольтметра на основе МЭ
- прибора составит 100 000 Ом/В. При диапазоне
измерений [0 10] В
собственное сопротивление вольтметра
составит 1.0 МОм. Такое высокое сопротивление
вольтметра обеспечивает благоприятные
условия взаимодействия с объектом.
Пределы измерений от
до
.
Основная приведенная погрешность от
0,2%.
16
Приборы магнитоэлектрической системы с преобразователями, обозначения на шкале, предельные возможности.
Рассмотрим применение приборов магнитоэлектрической системы:
1) МЭ – приборы с шунтами
И спользование в качестве амперметра со стандартными шунтами, падение напряжения на которых 10 мВ, 45 мВ, 75 мВ. Пределы измерения постоянного тока с помощью таких амперметров – от А (гальванометры) до 10 000 А (с шунтом). Основная приведенная погрешность от 0,2%.
Вольтметр постоянного тока с добавочным сопротивлением R. При токе полного отклонения стрелки прибора 10 мкА сопротивление вольтметра на основе МЭ - прибора составит 100 000 Ом/В. При диапазоне измерений [0 10] В собственное сопротивление вольтметра составит 1.0 МОм. Такое высокое сопротивление вольтметра обеспечивает благоприятные условия взаимодействия с объектом. Пределы измерений от до . Основная приведенная погрешность от 0,2%.
2) МЭ – приборы с выпрямителями
Выпрямительный амперметр. Показанные на схеме диоды включены в противоположных направлениях для того, чтобы включение такого амперметра в исследуемую цепь не приводило к выпрямлению тока в этой цепи. Сопротивление R должно быть равно сопротивлению рамки прибора. Ток в цепи должен оставаться переменным.
Пределы измерений от
до
(с трансформатором тока). Основная
приведенная погрешность от 1,5%.
3) МЭ – приборы с термопреобразователями
Амперметры для измерения действующего
значения переменного тока в пределах
от 0.005А до 100 А (с трансформатором тока)
в частотном диапазоне до
Гц с погрешностью от 1%. Измеряемый ток
поступает в термопреобразователь и
нагревает проволоку, температура которой
определяется выделяемой в ней активной
мощностью этого тока, то есть действующим
значением тока. До этой же температуры
нагревается горячий спай термопары, и
возникающий в ней ток измеряется МЭ -
прибором.
4) МЭ – приборы с усилителями
В
ысокочувствительные
электронные аналоговые амперметры и
вольтметры постоянного тока и напряжения
с усилителем. Используемые здесь
усилители помимо повышения чувствительности
обеспечивают благоприятные условия
взаимодействия с объектом измерений
за счет того, что входное сопротивление
усилителя тока (для амперметра) может
быть сделано пренебрежимо малым, а
входное сопротивление усилителя
напряжения (для вольтметра), напротив,
- очень большим до
Ом.
Пределы измерений силы тока от
до 1.0 А, напряжения - от
В
до
В.
Основная приведенная погрешность от
1,5%.
Амплитудный электронный вольтметр. Показанная на рисунке входная цепь, состоящая из конденсатора и диода, при высоком входном сопротивлении усилителя обеспечивает выделение на диоде пульсирующего напряжения с постоянной составляющей, примерно равной двойной амплитуде измеряемого напряжения. Это происходит потому, что конденсатор, зарядившись до амплитудного значения напряжения, в следующий полупериод запирает диод и тем самым поднимает входное напряжение на величину его амплитуды. Погрешность такого преобразования вызывается частичным разрядом конденсатора на входное сопротивление усилителя.
17