Примерами принципов измерений являются:

•  применение эффекта Джозефсона для измерений электрического напряжения;

•  применение эффекта Доплера для измерения скорости;

•  использование силы тяжести при измерении массы взвешиванием;

•  зависимость сопротивления платины от температуры, реализованная в платиновых термометрах сопротивления;

•  зависимость термоЭДС от разности температур, реализованная в термоэлектрических термометрах.

Однако выбором принципа измерений не исчерпывается определение метода измерений. Это гораздо более общее понятие, описывающее способ решения поставленной задачи. Оно определяется следующим образом.

10. Приборы магнитоэлектрической системы. Принцип действия приборов магнитоэлектрической системы основан на взаимодействии магнитного поля постоянного магнита с током, протекающим по обмотке легкой подвижной катушки (рамки).

Н а рисунке показана схема устройства приборов этой системы. Неподвижный подковообразный магнит имеет выполненный из мягкого железа полюсы, которые охватывают сплошной железный сердечник . Между сердечником и полюсами магнита имеется зазор. На одной оси с сердечником находится подвижная легкая прямоугольная рамка, имеющая

обмотку из тонкого изолированного

провода. Эта рамка может свободно вращаться в воздушном зазоре между сердечником и полюсами магнита. Рамка представляет собой основную часть подвижной системы, которая включает и указатель-стрелку 2.

В результате взаимодействия магнитного поля магнита с током, протекающим по рамке, возникает вращающий момент, под действием которого подвижная часть прибора поворачивается около оси. Противодействующий момент создается спиральными пружинами 1, выполненными из немагнитного материала, которые служат также и для подвода тока к концам обмотки на рамке.

Теоретически нетрудно установить зависимость угла поворота α подвижной части от величины тока I, протекающего по обмотке рамки прибора:

α = kI,

где k – коэффициент пропорциональности, зависящий от конструкции прибора.

Из этой зависимости видно, что магнитоэлектрические приборы имеют равномерные шкалы.

Величина, численно равная отношению приращения угла поворота подвижной части прибора к приращению измеряемой величины, называется чувствительностью прибора. Чем больше приращение угла отклонения при одном и том же приращении измеряемой величины, тем меньшие величины можно измерять прибором и тем выше его чувствительность. Если, например, приращение угла Δφ вызвано приращение тока ΔI, то чувствительность

S₁= Δφ/ΔI.

Нередко за чувствительность принимают обратную величину, то есть величину, равную отношению приращения измеряемой величины к приращению числа делений шкалы.

Магнитоэлектрические приборы применяются в качестве амперметров и вольтметров постоянного тока. Из всех электроизмерительных приборов с непосредственным отсчетов они дают наибольшую точность измерения (до 0,2 класса точности).

11. прибор электромагнитный ток амперметр

Принцип действия приборов электромагнитной системы основан на взаимодействии магнитного поля катушки, создаваемого измеряемым током, со стальным сердечником, помещенным в это поле (рис. 1).

Рисунок 1

При протекании измеряемого тока через катушку 1 в ее плоской щели 2 создается магнитное поле. Вне катушки на агатовых подпятниках установлена ось 3 с эксцентрично укрепленным сердечником4 из магнитомягкой (с малой коэрцитивной силой и большой магнитной проницаемостью) стали и стрелкой 5. Магнитное поле катушки намагничивает сердечник и втягивает его внутрь, поворачивая тем самым ось со стрелкой прибора. Этому повороту препятствует закручивающаяся спиральная пружина 6, создающая противодействующий момент.

В отличие от приборов магнитоэлектрической системы у приборов электромагнитной системы отклонения стрелки пропорционален квадрату тока:

б=c*I² (1)

где с - постоянная для данного прибора величина, поэтому шкала электромагнитного прибора неравномерна.

Меняя форму сердечника и его расположение в катушке, можно получить почти равномерную шкалу, начиная с 20% от верхнего предела измерений.

При меньших значениях измеряемой величины электромагнитные приборы недостаточно чувствительны и начальная часть шкалы считается нерабочей.

Направление отклонения стрелки прибора не зависит от направления тока в катушке, так как при изменении направления тока одновременно изменяется направление вектора магнитной индукции внутри катушки и в сердечнике, а характер их взаимодействия (притяжение) остается прежним. Этот же вывод следует из выражения (1), в которое значение тока входит в квадрате. Следовательно, эти приборы пригодны для измерений в цепях и постоянного, и переменного тока. В цепи переменного тока они измеряют действующее значение. Электромагнитные приборы применяются и как амперметры, и как вольтметры. В последнем случае обмотка выполняется большим числом витков тонкой медной проволоки.

Внешние магнитные поля оказывают значительное влияние на показания электромагнитных приборов из-за относительно слабого собственного магнитного поля. Для ослабления этого влияния измерительный механизм защищают стальным экраном или применяют астатические измерительные механизмы

Электроизмерительные приборы - класс устройств, применяемых для измерения различных электрических величин. В группу электроизмерительных приборов входят также кроме собственно измерительных приборов и другие средства измерений - меры, преобразователи, комплексные установки.Средства электрических измерений широко применяются в энергетике, связи, промышленности, на транспорте, в научных исследованиях, медицине, а также в быту - для учёта потребляемой электроэнергии. Используя специальные датчики для преобразования неэлектрических величин в электрические, электроизмерительные приборы можно использовать для измерения самых разных физических величин, что ещё больше расширяет диапазон их применения.

Наиболее существенным признаком для классификации электроизмерительной аппаратуры является измеряемая или воспроизводимая физическая величина, в соответствии с этим приборы подразделяются на ряд видов:

- амперметры - для измерения силы электрического тока;

- вольтметры - для измерения электрического напряжения;

- омметры - для измерения электрического сопротивления;

- мультиметры (иначе тестеры, авометры) - комбинированные приборы

- частотомеры - для измерения частоты колебаний электрического тока;

- магазины сопротивлений - для воспроизведения заданных сопротивлений;

- ваттметры и варметры - для измерения мощности электрического тока;

- электрические счётчики - для измерения потреблённой электроэнергии, и множество других видов.

12 Принцип действия электродинамических приборов основан на взаимодействии магнитных полей двух катушек одной, неподвижно закрепленной, и другой, сидящей на оси и могущей. поворачиваться. На рис. 214 показано устройство электродинамического прибора. Катушка 1 (здесь — состоящая из двух половин) неподвижно закреплена. К подвижной катушке 2, укрепленной на оси при бора 3, ток подводится через спиральные пружины 4, которые одновременно служат для создания противодействующего момента. При пропускании тока по виткам обеих катушек они создадут магнитные поля, которые, взаимодействуя между со бой, будут стремиться повернуть ка тушку 2 так, чтобы ее магнитное поле и поле катушки 1 совпадали по направлению. Кроме круглых кату шек, встречаются конструкции при боров с прямоугольными катушками. Магнитное поле каждой катушки за висит от тока, поэтому сила взаимо действия обеих катушек пропорцио­нальна квадрату тока. Следовательно, шкала прибора неравномерна. Успо коение приборов этой системы воз душное, так как применение тормоза вызвало бы искажение показаний прибора. Это объясняется тем, что собственные магнитные поля катушек очень малы и сильное поле постоянного магнита электромагнит ного тормоза оказывало бы влияние на работу прибора.

Одновременное изменение направления тока в обеих катушках не меняет направления силы взаимодействия. Поэтому электродинамические приборы применяются в це пях как постоянного, так и переменного тока. В цепях переменного тока приборы этой системы показывают действующее значение измеряемой величины. Точ ность электродинамических приборов I велика (класс точности — 0,2—0,5), и поэтому они нашли себе применение как контрольные приборы для измере ний на переменном токе. К недостаткам приборов нужно отнести достаточно боль шое потребление мощности, составляю щее в амперметрах 5—10 вт, в вольт метрах — 7—15 вт, чувствительность к перегрузкам и влияние на показание прибора внешних магнитных полей вследствие слабого собственного поля прибора. При перегрузках при бора спиральные пружинки теряют упругость и могут перегореть. Другой разновидностью электродинамических приборов являются ферродинамические приборы (рис. 215). 

 

 

Неподвижная катушка 1 наматывается на ярмо 2 из листовой электротехнической стали. Внутри подвижной катушки 3 закреплен стальной цилиндр 4. Подвижная катушка вращается вокруг цилиндрического сердеч ника. Усиление магнитного поля прибора приводит к увеличению вращающего момента и к уменьшению влияния внешних магнитных полей. Но присутствие стали имеет и отрицательное влияние, так как возникают дополнительные погрешности (например, при пере менном токе потери на гистерезис и вихревые токи). Точность ферродинамических приборов меньше, чем электродинамических при боров. Благодаря большому вращающему моменту приборы этой системы часто применяются в качестве самопишущих приборов. Стрелка этих приборов снабжена пером, лежащим на бумажной ленте, которая перемещается при помощи часового механизма. Стрелка с пером чертит на бумаге кривую изменений тока, напря жения, мощности и т. п. 

Устройство и применение ферродинамических приборов. Работа фер-родинамических приборов основана на том же принципе, что и приборов электродинамической системы. Для усиления магнитного поля в ферродинамическом измерительном механизме применен магнитопровод из ферромагнитного материала. Неподвижная катушка 2 (рис. 328) размещается на полюсах ферромагнитного сердечника 4, а подвижная 3 поворачивается так же, как и в приборах магнитоэлектрической системы,— в воздушном зазоре между полюсами 1 и неподвижным цилиндрическим сердечником 5. При такой конструкции приборы защищены от влияния внешних магнитных полей. Кроме того, увеличиваются магнитные потоки, создаваемые катушками, и возрастает вращающий момент, действующий на подвижную систему.

Ферродинамические приборы используют в качестве щитовых амперметров, ваттметров и вольтметров, работающих в условиях тряски и вибраций (например, на э. п. с. переменного тока). Кроме того, их применяют в качестве самопишущих приборов, так как они имеют значительный вращающий момент, преодолевающий трение в записывающих устройствах.

13. Счётчик электрической энергии (электрический счётчик) — прибор для измерения расхода электроэнергии переменного или постоянного тока (обычно в кВт·ч или А·ч).

Для учёта активной и реактивной электроэнергии переменного тока служат индукционные одно- и трёхфазные приборы, для учёта расхода электроэнергии постоянного тока (электрический транспорт, электрифицированная железная дорога) — электродинамические счётчики. Число оборотов подвижной части прибора, пропорциональное количеству электроэнергии, регистрируется счётным механизмом.

В электрическом счётчике индукционной системы подвижная часть (алюминиевый диск) вращается во время потребления электроэнергии, расход которой определяется по показаниям счётного механизма. Диск вращается за счёт вихревых токов, наводимых в нём магнитным полем катушки счётчика, — магнитное поле вихревых токов взаимодействует с магнитным полем катушки счётчика.

В электрическом счетчике электронного типа переменный ток и напряжение воздействуют на твердотельные (электронные) элементы для создания на выходе импульсов, число которых пропорционально измеряемой активной энергии.

Счетчики электроэнергии можно классифицировать по типу измеряемых величин, типу подключения и по типу конструкции.

По типу подключения все счетчики разделяют на приборы прямого включения в силовую цепь и приборы трансформаторного включения, подключаемые к силовой цепи через специальные измерительные трансформаторы.

По измеряемым величинам электросчетчики разделяют на однофазные (измерение переменного тока 220 В, 50 Гц) и трехфазные (380 В, 50 Гц). Все современные электронные трехфазные счетчики поддерживают однофазный учет. Также существуют трехфазные счетчики для измерения тока напряжением в 100В, которые применяются только с трансформаторами тока в высоковольтных (напряжением выше 660В) цепях.

По конструкции: индукционным (электромеханическим электросчетчиком) называется электросчетчик, в котором магнитное поле неподвижных токопроводящих катушек влияет на подвижный элемент из проводящего материала. Подвижный элемент представляет собой диск, по которому протекают токи, индуцированные магнитным полем катушек. Количество оборотов диска в этом случае прямо пропорционально потребленной электроэнергии.

Индукционные (механические) счётчики электроэнергии постоянно вытесняются с рынка электронными счетчиками из-за отдельных недостатков: отсутствие дистанционного автоматического снятия показаний, однотарифность, погрешности учёта, плохая защита от краж электроэнергии, а также низкой функциональности, неудобства в установке и эксплуатации по сравнению с современными электронными приборами. Индукционные счетчики хорошо подходят для квартир с низким энергопотреблением.

Электронным (статическим электросчетчиком) называется электросчетчик, в котором переменный ток и напряжение воздействуют на твердотельные (электронные) элементы для создания на выходе импульсов, число которых пропорционально измеряемой активной энергии. То есть измерения активной энергии такими электросчетчиками основаны на преобразовании аналоговых входных сигналов тока и напряжения в счетный импульс. Измерительный элемент электронного электросчетчика служит для создания на выходе импульсов, число которых пропорционально измеряемой активной энергии. Счетный механизм представляет собой электромеханическое (имеет преимущество в областях с холодным климатом, при условии установки прибора на улице) или электронное устройство, содержащее как запоминающее устройство, так и дисплей. Электронные счетчики хорошо подходят для квартир с высоким энергопотреблением и для предприятий.

Основными достоинствами электронных электросчетчиков является возможность учета электроэнергии по дифференцированным тарифам (одно-, двух- и более тарифный), то есть возможность запоминать и показывать количество использованной электроэнергии в зависимости от запрограммированных периодов времени, многотарифный учет достигается за счет набора счетных механизмов, каждый из которых работает в установленные интервалы времени, соответствующие различным тарифам. Электронные электросчетчики имеют больший межповерочный период (4-16 лет).

Гибридные счётчики электроэнергии — редко используемый промежуточный вариант с цифровым интерфейсом, измерительной частью индукционного или электронного типа, механическим вычислительным устройством.