26. Магнитоэлектрический логометр.

Измерительные механизмы, предназначенные для измерения не какой-либо величины, а отношение двух величин (обычно двух токов), называются логометрами (логос – отношение).

В логометре (рис. 2.7) противодействующий момент создается не механическим способом, а электрическим. Для этого подвижная часть выполняется в виде двух жестко скрещенных между собой рамок 1 и 2, по обмоткам которых протекают токи I₁ и I₂. Пружинки для создания механического противодействующего момента не ставятся, а ток к обмоткам подводится с помощью безмоментных токоподводов, выполняемых в виде тонких неупругих ленточек.

Направления токов в обмотках выбираются так, чтобы моменты М₁ и М₂, создаваемые рамками, действовали навстречу друг другу. Один из моментов может считаться вращающим, второй – противодействующим, кроме того, хотя бы один из моментов должен зависеть от угла поворота. Значит один из параметров, определяющих величину момента, является функцией угла α. Технически индукцию проще сделать зависящей от угла поворота В=f(). Для этого магнитное поле в зазоре должно быть неравномерным, что достигается эллипсоидальной формой сердечника.

Если через рамки проходят токи I₁ и I₂, то моменты, направленные навстречу друг другу, равны:

Так как равновесие наступает при М₁ и М₂, то I₁ƒ₁()= I₂ƒ₂(), откуда I₁/ I₂= ƒ₂()/ƒ₁()=ƒ().

Если обе цепи имеют один источник питания, то колебания напряжения этого источника не влияют на показания прибора, так как токи изменяются в одном и том же отношении. Логометры применяются для измерения сопротивлений (омметры) и неэлектрических величин: температуры, давления и т.д.

27. Магнитоэлектрические приборы.

В таких приборах используется сила взаимодействия магнитного поля с током в витках обмотки подвижной части, стремящаяся повернуть последнюю. Момент этой силы уравновешивается моментом, создаваемым противодействующей пружиной, так что каждому значению тока соответствует определенное положение стрелки на шкале. Подвижная часть имеет форму многовитковой проволочной рамки с размерами от 35 до 2535 мм и делается как можно более легкой. Подвижная часть, установленная на каменных подшипниках или подвешенная на металлической ленточке, помещается между полюсами сильного постоянного магнита. Две спиральные пружинки, уравновешивающие крутящий момент, служат также токопроводами обмотки подвижной части.

Магнитоэлектрический прибор реагирует на ток, проходящий по обмотке его подвижной части, а потому представляет собой амперметр или, точнее, миллиамперметр (так как верхний предел диапазона измерений не превышает примерно 50 мА). Его можно приспособить для измерения токов большей силы, присоединив параллельно обмотке подвижной части шунтирующий резистор с малым сопротивлением, чтобы в обмотку подвижной части ответвлялась лишь малая доля полного измеряемого тока. Такое устройство пригодно для токов, измеряемых многими тысячами ампер. Если последовательно с обмоткой присоединить добавочный резистор, то прибор превратится в вольтметр. Падение напряжения на таком последовательном соединении равно произведению сопротивления резистора на ток, показываемый прибором, так что его шкалу можно проградуировать в вольтах. Чтобы сделать из магнитоэлектрического миллиамперметра омметр, нужно присоединять к нему последовательно измеряемые резисторы и подавать на это последовательное соединение постоянное напряжение, например от батареи питания. Ток в такой схеме не будет пропорционален сопротивлению, а потому необходима специальная шкала, корректирующая нелинейность. Тогда можно будет производить по шкале прямой отсчет сопротивления, хотя и с не очень высокой точностью.

Амперметр – измерительный прибор для определения силы постоянного и переменного тока в электрической цепи. Показания амперметра всецело зависят от величины протекающего через него тока, в связи, с чем сопротивление амперметра по сравнению с сопротивлением нагрузки должно быть как можно меньшим. По своим конструктивным особенностям амперметры подразделяются на магнитоэлектрические, электромагнитные, термоэлектрические, электродинамические, ферродинамические и выпрямительные.

Магнитоэлектрические амперметры служат для измерения силы тока малой величины в цепях постоянного тока. Они состоят из магнитоэлектрического измерительного механизма и шкалы с нанесенными делениями, соответствующими различным значениям измеряемого тока.

Электромагнитные амперметры предназначены для измерения силы протекающего тока в цепях постоянного и переменного тока. Чаще всего используются для измерения силы в цепях переменного тока промышленной частоты (50 Гц). Состоят из измерительного механизма, шкала которого размечена в единицах силы тока, протекающего по катушке прибора. Для изготовления катушки можно использовать провод большого сечения и, следовательно, измерять ток большой величины (свыше 200 А).

Термоэлектрические амперметры применяются для измерения в цепях переменного тока высокой частоты. Они состоят из магнитоэлектрического прибора с контактным или бесконтактным преобразователем, который представляет собой проводник (нагреватель), к которому приварена термопара (она может находиться на некотором расстоянии от нагревателя и не иметь с ним непосредственного контакта). Ток, проходя по нагревателю, вызывает его нагрев (за счет активных потерь), который регистрируется термопарой. Возникающее термическое излучение воздействует на рамку магнитоэлектрического измерителя тока, которая отклоняется на угол, пропорциональный силе тока в цепи.

Электродинамические амперметры служат для измерения силы тока в цепях постоянного и переменного токов повышенной (до 200 Гц) частот. Приборы очень чувствительны к перегрузкам и внешним магнитным полям. Применяются в качестве контрольных приборов для проверки рабочих измерителей силы тока. Состоят из электродинамического измерительного механизма, катушки которого в зависимости от величины максимально измеряемого тока соединены последовательно или параллельно, и градуированной шкалы. При измерении токов малой силы катушки соединяются последовательно, а большой – параллельно.

Ферродинамические амперметры прочны и надежны по конструкции, малочувствительны к воздействию внешних магнитных полей. Они состоят из ферродинамического измерительного аппарата и применяются главным образом в системах автоматических контроллеров в качестве самопишущих амперметров.

Каждый амперметр рассчитывается на некоторое определенное максимальное значение измеряемой величины. Но, часто, возникают ситуации, когда необходимо выполнить измерение некоторой величины, значение которой больше пределов измерения прибора. Тем не менее, всегда оказывается возможным расширить пределы измерения данным прибором. Для этого параллельно амперметру присоединяют проводник, по которому проходит часть измеряемого тока. Значение сопротивления этого проводника рассчитывается так, чтобы сила тока, проходящего через амперметр, не превышала его максимально допустимого значения. Такое сопротивление называется шунтирующим. Результатом подобных действий станет то, что если амперметром, рассчитанным, например, на силу тока до 1 А, необходимо выполнить измерение тока в 10 раз больше, то сопротивление шунта должно быть в 9 раз меньше сопротивления амперметра. Разумеется, при этом цена градуировки увеличивается в 10 раз, а точность во столько же раз уменьшается.

Вольтметр – это электрический прибор, относящийся к классу гальванометров и предназначенный для определения электродвижущей силы и напряжений. Основная единица измерения устройства – вольт, помимо этого существуют видовые измерители в микровольтах, милливольтах, киловольтах и так далее. Вольтметры подключаются параллельно к источнику электроэнергии или нагрузке электроцепи.

Различные принципы действия, положенные в основу прибора, обусловили две большие категории приборов. Одна из групп вольтметров включает в себя электромеханические измерители, к которым относятся:

магнитоэлектрические;

электромагнитные;

электродинамические;

электростатические;

выпрямительные;

термоэлектрические.

Вторую группу составляют электронные средства измерения. Сюда относятся аналоговые и цифровые вольтметры. Они обладают большим входным сопротивлением и функционируют в широком диапазоне частот – от 50 гц до 100 Мгц. Цифровой вольтметр демонстрирует очень высокий класс точности измерений. Погрешность измерений может быть от 0,5 до 0,001%.

Самыми доступными по цене являются электромагнитные вольтметры. Они просты в исполнении и обладают высоким классом надежности. Эти приборы имеют прикладное значение в промышленности.

Устройства также различаются по способу использования. Здесь выделяется вольтметр постоянного или переменного тока, импульсный, селективный, фазочувствительный. Конструктивные особенности определяют разделение средств измерений на щитовые, стационарные и переносные.

Выбирая вольтметры, необходимо ориентироваться на те задачи, которые предстоит решать прибору. Важно также учитывать сопутствующие характеристики функционирования – интенсивность использования, специфику замеров, требования к погрешности проводимых измерений и так далее.

Сегодня широкое распространение получила продажа универсальных вольтметров, позволяющих измерять различные физические характеристики.