Е-1 універсальні електровимірювальні прилади

                           Універсальні електровимірювальні прилади

1.Класифікація універсальних електровимірювальних приладів

2.Системи електровимірювальних приладів

1.Електровимірювальні прилади — це такі технічні засоби, які виробляють сигнали вимірювальної інформації у формі, що доступна для безпосереднього сприйняття спостерігачем.

Електровимірювальні прилади можна класифікувати:

а) за родом вимірювальної величини;

б) за фізичним принципом дії вимірювального механізму;

в) за родом струму;

г) за класом точності;

д) за типом відлікового пристрою;

е) за виконанням залежно від умов експлуатації; є) за стійкістю до механічних впливів;

ж) за ступенем захисту від зовнішніх магнітних та електричних полів тощо.

1.2.Електровимірювальні прилади дають змогу вимірювати яв електричні, так і неелектричні величини. На шкалі наводиться назва приладу або початкова латинська літера одиниці, що вимірюється. За вимірювальною величиною електровимірювальні прилади поділяють­ся на:

— вольтметри (позначаються літерою V);

— амперметри (А);

— ватметри (W);

— омметри (Ώ);

— лічильники енергії (kWh);

— фазометри (φ);

— частотоміри (Hz) тощо.

До умовної літери може бути додано позначення кратності основної одиниці, наприклад: міліамперметр — mА; кіловольтметр — kV тощо.

1.3.За фізичним принципом дії розрізняють такі системи елект­ровимірювальних приладів:

а) магнітоелектрична;

б) електромагнітна;

в) електродинамічна;

г) феродинамічна;

д) індукційна;

е)електростатична;

є) вібраційна тощо.

Умовні позначення на шкалі приладу характеризують класифікацію приладів зародом струму:

а) постійний струм;

б) змінний (однофазна система);

в) постійний і змінний;

г) трифазна система;

д) трифазна несиметрична система.

1.4. Зa класом точності електровимірювальні прилади класифі­куються відповідно до стандартів. Клас точності позначається цифрою, котра дорівнює зведеній похибці у відсотках, що допускає прилад. Ви­пускають прилади таких класів точності: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0. У лічильниках електроенергії класи точності такі: 0,5; 1,0; 2,0; 2,5.

1.5. За типом відлікового пристрою електровимірювальні при­лади розрізняються. В залежності від призначення прилади можуть бути:

— показуючі;

— реєструючі;

— самопишучі;

— друкуючі;

— інтегруючі;

— підсумовуючі.

Більш поширені показуючі прилади, тобто прилади безпосередньої оцінки. Відліковий пристрій цих приладів складається звичайно з шкали і показчика. Показчиком може бути стрілка або світлова пляма з рискою. Треба знати правила користування відліковим пристроєм. Такі показу­ючі прилади називаються аналоговими. Показання таких приладів — це безперервна функція величини, що вимірюється. В цифрових елект­ровимірювальних приладах показання наводяться у цифровому вигляді.

1.6. У залежності від умов експлуатації, діапазону робочих тем­ператур та відносної вологості, електровимірювальні прилади поді­ляються на п'ять груп:

— група А (температура +10...+35°С, вологість 80);

— група Б (температура -30...+40°С, вологість 90);

— група B₁ (температура -40...+50°С, вологість 95);

— група В₂ (температура -50...+60°С, вологість 95);

— група В₃ (температура -50...+80°С, вологість 98).

1.7. За стійкістю до механічних впливів прилади підрозділя­ються в залежності від значення максимально допустимого прискорен­ня при ударах та вібраціях (м/с²). За стандартом електровимірювальні прилади поділяються на групи:

— звичайні з підвищеною міцністю (ОП);

— нечутливі до вібрацій (ВН);

— віброміцні (ВП);

— нечутливі до трясіння (ТН);

— трясінняміцні (ТП);

— удароміцні (У).

Звичайні прилади групи ОП витримують прискорення до 15 м/с².

За ступенем захисту від зовнішніх магнітних та електричних полів прилади поділяються на І і II категорії. Від зовнішніх полів при­лади захищаються екранами.

1.8. У більшості показуючих електровимірювальних приладів ру­хома частина пристрою переміщується внаслідок дії обертаючого мо­менту. Обертаючий момент виникає внаслідок взаємодії магнітних або електричних полів та, до деякої міри, пропорційний вимірюваній вели­чині. У вимірюючому пристрої завжди є протидіючий момент, що ство­рюється механічною або електромагнітною силою.

Для створення механічної протидії використовується звичайно спіральна пружина, іноді для більшої чутливості — підвіси або розтяжки.

Прилади, в котрих створюється електромагнітний протидіючий мо­мент, називають логометрами.

2. Системи електровимірювальних приладів

2.1. У приладах магнітоелектричної системи обертаючий мо­мент створюється внаслідок взаємодії сталого магніту з провідником зі струмом. Рухомою частиною може бути або рамка зі струмом, або ста­лий магніт, розташований на осі.

Прилади магнітоелектричної системи з рухомим магнітом є прила­дами низьких класів точності і застосовуються як вказівні на транспорт­них засобах тощо.

Електровимірювальні прилади з рухомою рамкою мають високу точність і застосовуються при більш точних вимірюваннях.

На рамку зі струмом у магнітному полі діє електромагніна сила. Ос­кільки сила визначається за законом електромагнітної сили, то й обер­таючий момент буде пропорційний струму, що протікає в рамці. Якщо протидіючий момент створюється пружиною

М_пр = mα,

то кут повороту рамки (стрілки приладу) α пропорційний струму в рамці

α = сІ,

де m — питомий протидіючий момент,

с — постійна величина.

Оскільки кут повороту стрілки пропорційний струму, шкала приладів магнітоелектричної системи рівномірна, що є перевагою таких приладів.

Магнітоелектричні прилади застосовують для вимірювання по­стійних струмів та напруг. Вони також можуть використовуватися для вимірювання опорів як гальванометри.

Амперметри і вольтметри магнітоелектричної системи мають висо­кий клас точності (до 0,1) і порівняно малі внутрішні втрати енергії.

Недоліком приладів цієї системи можна вважати непридатність до роботи в полях змінного струму, чутливість до перевантажень і за­лежність від температури оточення.

Магнітоелектричним приладом можна виконувати вимірювання в по­лях змінного струму, якщо в коло рухомої котушки ввімкнути перетво­рювач змінного струму на постійний.

2.2. Електровимірювальний b>прилад електромагнітної системи має нерухому котушку і розташовану на осі феромагнітну пластинку. Якщо в котушці протікає струм, що вимірюється, то створене котушкою поле втягує всередину феромагнітну пелюстку. Якщо вимірюється величина в полі постійного струму, то обертаючий момент пропорційний квадрату струму. Якщо в котушці протікає синусоїдний струм, то обертаючий мо­мент пропорційний квадрату діючого значення цього струму

M_oб=kI²

де k— коефіцієнт пропорційності.

Кут відхилення рухомої частини також пропорційний квадратові струму

α = сI²

Спеціальна форма феромагнітної пелюстки може трохи поліпшити нерівномірність. Створюють прилади, у котрих шкала нерівномірна тільки в початковій частині.

Квадратова пропорційність означає, що напрямок відхилення стрілки не залежить від напрямку струму, тобто приладами електромагнітної системи можна вимірювати як в колах постійного, так і в колах змінного струму.

Прилади електромагнітної системи можуть безпосередньо вимірю­вати значні струми (до 300 А) та напруги (до 600 В). Вимірювальний механізм амперметра на великий струм має котушку у вигляді одного витка мідної шини. Електромагнітний вольтметр на велику напругу має котушку з великою кількістю витків дроту малого перерізу з додаткови­ми резисторами, котрі компенсують температурні похибки.

Точність електромагнітного приладу значно обмежується належні­стю феромагнітного осердя через явище залишкового намагнічення. Для зменшення впливу гістерезису (тобто підвищення класу точності при­ладу) осердя виготовляють зі спеціальних феромагнітних сплавів (на­приклад, пермалоїв) з невеликою коерцитивною силою.

Такі прилади мають високий клас точності, до 0,2.

Основними перевагами приладів електромагнітної системи можна вважати:

а) простоту, надійність, дешевизну;

б) спроможність використання в колах постійного та змінного струму;

в) високу перевантажувальну здатність.

До недоліків приладів електромагнітної системи відносять:

а) невисоку точність;

б) невисоку чутливість;

в) велике власне споживання електроенергії (0,5... 15 Вт);

г) обмежений частотний діапазон вимірювальних величин;

д) нерівномірність шкали;

е) чутливість до впливу зовнішніх магнітних полів.

Власне магнітне поле приладу дуже слабке, тому зовнішнє поле знач­но впливає на його показання. Для зменшення впливу зовнішнього поля вимірювальний механізм захищають сталевим екраном. Значно менше впливає зовнішнє поле на прилади електромагнітної системи з астатич­ним вимірювальним механізмом.

Астатичний вимірювальний механізм має дві нерухомі обмотки та два осердя на одній осі. Обмотки вмикаються послідовно у такий спосіб, що їх потоки зустрічні, а моменти, що діють на осердя, — узгоджені. В цьому разі зовнішній магнітний потік підсилює обертаю­чий момент одного осердя і водночас послаблює момент другого осер­дя. Тому в астатичних електромагнітних приладах загальний обертаю­чий момент не залежить від зовнішнього магнітного поля.

Прилади електромагнітної системи застосовуються в промислових електротехнічних пристроях низької частоти та постійного струму, а також — досить широко — як щитові амперметри і вольтметри класів 1,0; 1,5; 2,0.

2.3. Прилади електродинамічної системи мають вимірюваль­ний механізм, що складається з двох котушок: нерухомої і рухомої. Не­рухома котушка має дві секції, всередині котрих на осі розташована рухома котушка. За наявності струму у котушках виникають електро­магнітні сили взаємодії, що прагнуть повернути рухому котушку, тобто обертаючий момент пропорційний (для постійних струмів і відповід­ної конструкції механізму) добутку струмів:

Моб=kI1I2.

Якщо прилад вмикається у коло синусоїдного струму, то обертаю­чий момент пропорційний добутку діючих значень струму і косинусу зсуву фаз між ними

Moб = kI1I2cosα.

Електродинамічні прилади можна використовувати як ампер­метри, вольтметри та ватметри у колах постійного та змінного струмів.

Домашнє завдання: опрацювати матеріал, коротко законспектувати, переглянути відеофрагменти