Приборы электростатической системы, принцип действия, обозначения на шкале, вращающий момент, предельные возможности.

Действие электростатического прибора основано на использовании силы, возникающей между пластинами воздушного конденсатора, заряды на которых имеют разные знаки. Измеряемое напряжение u(t) прикладывается к неподвижным и подвижным пластинам, которые под действием указанной силы втягиваются в пространство между неподвижными пластинами. Вращающий момент пропорционален квадрату напряжения. Среднее значение вращающего момента:

,

где T - период измеряемого тока, - постоянный коэффициент.

ЭС - прибором может быть только вольтметр, обеспечивающий измерение постоянного напряжения и действующего значения переменного напряжения. ЭС - вольтметр выделяется среди вольтметров всех систем, в том числе и электронных, своим очень высоким сопротивлением, которое при измерении постоянного напряжения равно сопротивлению изоляции. При измерении переменного напряжения собственное сопротивление ЭС - вольтметра опреде­ляется его емкостью, не превышающей нескольких сот пикофарад.

Основным недостатком вольтметров электростатической системы является низкий вращающий момент, из-за чего диапазон измеряемых напряжений ограничен снизу значением 30 В.

С другой стороны, вольтметры электростатической системы обеспечивают измерение высоких напряжений до 300 кВ без использования делителя напряжения и практически без собственного потребления мощности от объекта.

Достигнутый предел допускаемой основной приведенной погрешности ЭС вольтметров - 0,5%. Частотный диапазон: 0 Гц, 40 Гц.

Приборы индукционной системы, принцип действия, обозначения на шкале, вращающий момент, предельные возможности.

Е динственной разновидностью приборов индукционной системы являются счетчики активной и реактивной электрической энергии переменного тока, потребляемой нагрузкой.

Подвижной частью этого прибора является диск из электропроводящего материала (обычно это алюминий, как обладающий наименьшим весом). Диск вращается на оси, закрепленной в подпятниках, которые должны быть износоустойчивыми и создавать минимальный и неизменный во времени момент трения. Вращающий момент создается двумя электро­магнитами, расположенными по разные стороны от диска. Их расположение таково, что вихревые токи, создаваемые ими в диске, взаимодействуют с полями этих электромагнитов, и при этом взаимодействии возникает момент, пропорциональный произведению токов:

.

Если в одном из электромагнитов протекает ток нагрузки, а в другом электромагните протекает ток, пропорциональный напряжению на нагрузке, то есть , где R - добавочное сопротивление параллельной цепи, то средний вращающий момент будет равен:

,

где  - угол сдвига фазы между током и напряжением в нагрузке.

Равномерное вращение имеет место тогда, когда равны моменты: вращающий и противодействующий, то есть, когда . Поскольку вращающий момент пропорционален мощности P, а противодействующий пропорционален угловой скорости вращения ,

,

Отсюда, пренебрегая моментом трения, получаем:

,

,

где (t) - угол поворота диска счетчика за время t, A(t) - электрическая энергия, потребленная за время t, - коэффициент пропорциональности.

Таким образом, количество оборотов диска счетчика пропорционально энергии. Вращение диска передается на счетчик числа оборотов, которое индицируется на цифровом индикаторе.

Бытовые и промышленные счетчики предназначены для измерения количества электрической энергии, выделяемой переменным током частотой 50 Гц.

Метрологические свойства счетчиков электрической энергии:

- бытовые счетчики предназначены для измерения электрической энергии при напряжении 220 В и токах силой 5.0 А, 10.0 А, 15.0 А, 20.0 А предел допускаемой основной относительной погрешности (то есть приведенной к текущему показанию) 2.5%,

- промышленные счетчики предназначены для измерения перетоков большой электрической энергии при напряжении 3000 В и токах до 1000 А, предел допускаемой основной относительной погрешности (то есть приведенной к текущему показанию) от 0.5%.

Схема включения счетчика электрической энергии точно такая, как схема включения ваттметра:

21