Системы электрических измерительных приборов

Электрические измерительные приборы

Электрические измерительные приборы – необходимые элементы электрических цепей при контроле режимов работы электрооборудования, учете электроэнергии, при экспериментальном исследовании электриче- ских цепей, при получении достоверной информации для систем автома- тического управления.

Электрические измерительные приборы измеряют как электрические величины (ток, напряжение, мощность, cos , частоту, электрическую

энергию и т.д.), так и неэлектрические величины (температуру, давление и др.).

Электрические измерительные приборы отличаются высокой чувст- вительностью, простой конструкцией и надежностью. Показания электри- ческих измерительных приборов относительно просто передавать на даль- ние расстояния (телеизмерения) при автоматизации и управлении техноло- гическими процессами.

Недостатком электрических измерительных приборов является не- возможность их применения во взрывоопасных и пожароопасных помеще- ниях.

Системы электрических измерительных приборов

Электрический измерительный прибор состоит из подвижной и не- подвижной частей. По перемещению подвижной части измеряют значения измеряемых величин.

В зависимости от принципа действия различают системы: магнито- электрическую, электромагнитную, электродинамическую, тепловую, ин- дукционную и др.

В таблице 5.1 приведены условные обозначения наиболее широко применяемых систем приборов. Эти обозначения и другие важнейшие ха- рактеристики приборов указываются на лицевой панели электрических из- мерительных приборов (рисунок 5.1).

Таблица 5.1 – Системы электрических измерительных приборов и их условные обозначения

Система прибора	Обозначение
Магнитоэлектрическая Электромагнитная Электродинамическая Тепловая Индукционная

Работа приборов магнитоэлектрической системы основана на взаи- модействии поля постоянного магнита и подвижной катушки.

На рисунке 5.2 схематически показана основная часть магнитоэлек- трического измерительного механизма: подвижная катушка, рас- положенная в сильном равномерном радиальном магнитном поле.

Категория защиты

от внешних магнитных полей

Положение прибора

Род измеряемой величины

100 150

мА

М-320

Система прибора

200

Напряжение, которым испытывалась изоляция прибора

Класс

4-84г.

ЗИП

1,5

2 кВ

ГОСТ 8711-60

точности

Заводской номер

Дата выпуска

Род измеряемого тока

постоянный переменный трехфазный

Номер ГОСТ, которому соответствуют электрические характеристики прибора

Рисунок 5.1 – Шкала измерительного прибора

Подвижная катушка из тонкого медного или алюминиевого провода намотана на каркас (или без него). На оси подвижной части прибора укре- плена стрелка, конец которой перемещается по шкале электрического из- мерительного прибора.

При протекании по катушке электрического тока согласно закону

Ампера возникают силы F , стремящиеся повернуть катушку. При равен-

стве вращающего останавливается.

Мвр

и противодействующего

Мпр

моментов катушка

F

N

S

F

О1 О2

Рисунок 5.2 – Подвижная катушка в радиальном магнитном поле

Для создания противодействующего момента для подвода тока в катушку служат две спирали.

Мпр

и одновременно

Общее выражение для вращающего момента имеет вид:

где W – энергия электромагнитного поля, сосредоточенная в изме-

рительном механизме;

– угол поворота подвижной части.

Энергия электромагнитного поля W

равна работе

A по перемеще-

нию активной части провода катушки в постоянном магнитном поле с ин- дукцией B .

Согласно закону Ампера сила F , действующая на активную часть

провода катушки при протекании по ней тока I равны

где – угол между направлением тока в активной части провода и индук- цией магнитного поля;

l – длина активной части катушки.

В нашем случае =p / 2 , sinj = 1. Следовательно, работа по пере- мещению двух активных частей провода катушки, перпендикулярных плоскости чертежа (рисунок 5.2), равна

где

х = r ×

– длина траектории активной части провода;

r – радиус траектории;

– угол поворота катушки.

Подставляя (5.3) в (5.1) получаем

Мвр

=dW

da

= 2I × B × l × r .

Так как противодействующий момент M пр создается упругими эле-

ментами, то для установившегося режима

Wa = 2 I × B × l × r ,

Мпр

= М вр

или

где W

– удельный противодействующий момент, зависящий от свойств упругого элемента.

Следовательно, угол поворота катушки пропорционален току I

где S – чувствительность измерительного механизма.

Как видно из (5.4) при перемене направления тока в катушке меняет- ся на обратное и направление отклонения подвижной части и указателя (стрелки).

Для получения отклонения указателя в нужную сторону необходимо при включении прибора соблюдать указанную на приборе полярность.

Достоинства приборов магнитоэлектрической системы: высокая чув- ствительность к измеряемой величине, высокая точность (класс точности до 0,05, малое потребление мощности, малая чувствительность к внешним магнитным полям). Недостаток – возможность применения только в цепях постоянного тока.

В приборах электромагнитной системы в неподвижной катушке, по которой протекает измеряемый ток, создается магнитное поле, в которое втягивается, поворачиваясь на оси, ферромагнитный сердечник, намагни- чиваемый этим же полем. Причем втягивание происходит как при посто- янном, так и при переменном магнитном поле, а угол поворота пропор- ционален квадрату силы измеряемого тока. Поэтому:

а) приборы электромагнитной системы могут применяться в цепях постоянного и переменного тока;

б) шкала прибора неравномерна, сильно сжата в начальной части. Достоинства электрических измерительных приборов электромаг-

нитной системы: простота и надежность конструкции, небольшое потреб- ление мощности.

Недостатки: невысокая чувствительность к измеряемой величине, относительно низкая точность (класс точности до 1.0), большая чувстви- тельность к внешним магнитным полям.

Если противодействующий момент создается с помощью упругих элементов, то для режима установившегося отклонения