Классификация электроизмерительных приборов и технические требования, предъявляемые к ним

Электроизмерительные приборы классифицируют по различнымпризнакам.

По роду измеряемой величины электроизмерительные приборы под-разделяют на амперметры, вольтметры, ваттметры, счетчики электри-ческой энергии, фазометры, частотомеры, омметры и т. д. Условное обозначение прибора по роду измеряемой величины (табл. 9.1) наносится на лицевую сторону прибора.

Таблица 9.1

Наименование прибора

Условное обозначение

Амперметр   Вольтметр   Вольтамперметр   Ваттметр   Варметр   Микроамперметр   Миллиамперметр   Милливольтметр   Омметр   Мегаомметр   Частотомер   Волномер   Фазометр : измеряющий сдвиг фаз измеряющий коэффициент мощности Счетчик ампер-часов Счетчик ватт-часов Счетчик вольт-ампер-часов реактивный   Вольтметр с цифровым отсчетом   Вольтметр с непрерывной регистрацией   Амперметр, подвижная часть которого отклоняется в обе стороны от нулевой отметки   Гальванометр   Осциллограф

А   V   VA   W   Var   μ А   mА   mV   Ω   MΩ   Hz   λ   φ cosφ Ah Wh varh

На шкалах электроизмерительных приборов указывают также услов-ные обозначения, отражающие род измеряемого тока, класс точности прибора, испытательного напряжения изоляции, рабочего положения прибора и т. д. (табл. 9.2).

Измерительные приборы бывают аналоговыми и цифровыми
Аналоговыми называют измерительные приборы, показания которых
являются непрерывной функцией измеряемой величины. Цифровыми
называют измерительные приборы, показания которых выражены в
цифровой форме.

В зависимости от вида получаемой измерительной информации
измерительные приборы подразделяют на показывающие, регистрирую-
щие, самопишущие, печатающие, интегрирующие, суммирующие. Услов-
ное обозначение системы прибора указано в табл. 9.3.

Наибольшее распространение в электротехнической практике получили показывающие приборы, т. е. приборы непосредственной оценки, или прямого отсчета. Приборы этого типа независимо от приципа действия и назначения состоят из двух основных частей: измерительной цепи и измерительного механизма. Простейшая измерительная цепь, например, вольтметра представляет собой индуктивную катушку с последовательно подсоединенным добавочным сопротивлением. При постоянном сопротивлении такой цепи через катушку проходит ток, пропорциональный измеряемому напряжению.

Таблица 9.2

Значение условного обозначения

Условное обозначение

Прибор постоянного тока Прибор постоянного и переменного тока Прибор переменного тока Прибор трехфазного тока Рабочее положение шкалы горизонтальное Рабочее положение шкалы вертикальное Рабочее положение шкалы наклонное, под углом 60° к горизонту Прибор класса точности 0,5 Измерительная цепь изолирована от корпуса и испытана напряжением 3 кВ Прибор испытанию прочности изоляции не подлежит Осторожно! Прочность изоляции измерительной цепи по отношению к корпусу не соответствует нормам (знак выполняете;красным цветом) Защита от внешних магнитных полей 3 мТл   Защита от внешних электрических полей 10 кВ/м Направление ориентировки прибора в магнитном поле Земли

Таблица 9.3

Система прибора	Условное обозначение	Система прибора	Условное обозначение
Магнитоэлектрическая: с подвижной рамкой и механической противодействующей силой с подвижной рамкой и без механической противодействующей силы (логометр) Электромагнитная: с механической проти- водействующей силой   без механической про- тиводействующей силы (логометр) Электродинамическая (без экрана): с механической проти- водействующей силой без механической про- тиводействующей силы (логометр) Ферродинамическая: с механической проти- водействующей силой без механической про- тиводействующей силы (логометр) Индукционная: с механической проти- водействующей силой		Без механической противодействующей силы Электростатическая     Тепловая   Вибрационная   Термоэлектрическая: с контактным термо- преобразователем с изолированным термопреобразовате- лем Выпрямительная     Электронная (ламповая)   Фотоэлектрическая

В простейшем амперметре измерительная цепь состоит из изме-рительной катушки, последовательно подключенной к электрической сети, в которой необходимо измерить ток.

Измерительный механизм предназначен для преобразования под-водимой к нему электрической энергии в механическую энергию пере-мещения подвижной части прибора и связанной с ней стрелкой или другим указательным устройством, каждому положению которого соответствует определенное значение измеряемой величины. Одинаковый по конструкции измерительный механизм в сочетании с различными измерительными цепями можно применять для измерения различных электрических величин.

Перемещение подвижной части измерительного прибора происходит за счет взаимодействия магнитных или электрических полей в электро-измерительном приборе, в результате которого возникает вращающий момент М_вр, пропорциональный значению измеряемой величины. Под действием М_вр подвижная часть измерительного механизма повернется до упора, если этому не будет препятствовать противодействующий момент М_пр. Установившееся отклонение подвижной части измерительного механизма наступает при равенстве вращающего и противодействующего моментов: М_вр = М_пр.

Для создания противодействующего момента в современном электроприборостроении используются механические и электромагнитные силы. Приборы с электромагнитным противодействующим моментом называются логометрами. Для создания механического противодействующего момента широко используют спиральные пружины из фосфорной бронзы (рис. 9.1, а). В более чувствительных приборах, например гальванометрах, иногда применяют подвесы или растяжки. Подвес обычно представляет собой упругую металлическую ленту 1, на которой свободно подвешена подвижная система прибора 2 (рис. 9.1,6). Растяжки 1 выполняют так же, как и подвесы, но в приборе их две и они имеют предварительное натяжение (рис. 9.1, в).

Для точной установки стрелки 2 прибора (рис. 9.1, а) на нулевое деление служит специальное корректирующее устройство, позволяющее с помощью специального винта 5 смещать поводок 1, в котором закреплен неподвижный конец противодействующей пружины 4. Подвижная часть прибора не должна изменять положения под действием сил тяжести. Уравновешивание подвижной системы прибора достигается путем ее балансировки с помощью грузиков 3, которые устанавливаются на тонких нарезных стержнях с противоположной стороны стрелки.

Для того чтобы при внезапном изменении значения измеряемой величины, когда нарушается равновесие моментов, стрелка прибора быстро (без колебаний) занимала новое положение, показывающие приборы снабжают успокоителями (демпферами). Момент успокоения, или демпфирующий момент, пропорционален скорости движения подвижной части прибора:

(9.6)

где α — угол поворота измерительного механизма; Р — коэффициент успокоения. Назначение успокоителей состоит в том, чтобы поглощать кинетическую энергию подвижной части измерительного механизма. При хорошем успокоительном воздействии демпфера подвижная часть прибора должна принимать новое положение равновесия после небольшого колебания, причем для большинства стрелочных приборов время успокоения не должно превышать 4 с. За время успокоения принимают промежуток времени от момента включения прибора до момента, когда стрелка прибора отклоняется от положения равновесия не более чем на 1 % всей шкалы.

Наибольшее распространение получили воздушные и магнитоиндукционные успокоители. В воздушном успокоителе (рис. 9.2, а) демпфирующий момент создается за счет торможения легкого поршенька 2, жестко связанного с подвижной частью прибора и двигающегося внутри закрытой камеры 1.

В магнитоиндукционных успокоителях (рис. 9.2, б) демпфирующий момент создается силами взаимодействия между полем постоянного магнита 1 и вихревыми токами, наводимыми этим полем в металлическом диске 2 при его движении. Очевидно, что принцип действия этого успокоителя основан на законе Ленца.

К электроизмерительным приборам предъявляются следующие основные требования:

1) погрешность прибора не должна превышать указанного на лицевой стороне предела (класса точности) и не должна изменяться с течением времени;

2) шкала прибора должна быть проградуирована в единицах СИ;

3) прибор должен быть снабжен успокоительной системой;

4) магнитные и электрические поля, температура окружающей среды не должны оказывать заметного влияния на показания прибора;

5) прибор должен потреблять минимальное количество энергии и должен выдерживать установленную соответствующим ГОСТом пере-грузку.