Электромеханические измерительные приборы
Курсовой проект - Физика
Другие курсовые по предмету Физика
ным резистором из манганина (рис. 13). Секционированием добавочного резистора можно получить разные пределы измерения U1ном, U2ном, U3ном.
Рис. 13 Схема электродинамического вольтметра
Если ток полного отклонения I = U/Zв, где Zв - полное сопротивление вольтметра, то подставив его в (21), получим:
,(25)
т.е. характер шкалы у вольтметра такой же, как и у амперметра.
Для получения шкалы, близкой к равномерной, у амперметров и вольтметров размеры подвижной катушки выбирают так, чтобы она находилась в практически равномерном магнитном поле.
Устройство ферродинамических амперметров и вольтметров аналогично.
.4 Ваттметры электродинамической и ферродинамической системы
Электродинамический (ферродинамический) измерительный механизм позволяет построить прибор для измерения активной мощности - ваттметр.
В этом случае (рис. 14) неподвижную катушку включают последовательно с нагрузкой с сопротивлением , мощность которой измеряется.
Рис. 14 Схема включения ваттметра
Подвижная катушка с добавочным сопротивлением включается параллельно нагрузке. Цепь неподвижной катушки называют последовательной цепью (токовой обмоткой), а цепь подвижной катушки - параллельной цепью (обмоткой напряжения).
При таком включении
(26);
(27),
где - полное сопротивление параллельной цепи.
Из треугольника сопротивлений для параллельной цепи (рис. 15а)
(28)
где - активное сопротивление обмотки напряжения;
? - угол сдвига фаз между током и напряжением в параллельной цепи (из-за индуктивности подвижной катушки).
С учетом (28) выражение (27) принимает вид
(29)
Рис. 15аРис. 15б
Тогда (21), с учетом (26), (29) и векторной диаграммы (рис. 15б)
(30)
Конструктивным путем добиваются постоянства производной dM12/d?. Обозначив, (чувствительность по мощности), получим
(31)
Если обеспечить ? = 0, то
(32)
Т.е. угол поворота подвижной части прямо пропорционален активной мощности нагрузки и, следовательно, шкала такого прибора равномерная. Равенство ? = 0 может быть обеспечено включением параллельно Rд конденсатора с емкостью C (на рис. 14 показан штриховой линией). Однако нужно иметь в виду, что равенство ? = 0, будет лишь при определенной частоте и с изменением частоты от номинального значения появляется погрешность, называемая угловой.
5. Электростатические измерительные механизмы и приборы
В электростатических измерительных механизмах перемещение подвижной части происходит под действием энергии электрического поля системы двух или нескольких электрически заряженных проводников. Следовательно, в данном механизме, в отличие от механизмов других систем, перемещение подвижной части осуществляется за счет действия непосредственно приложенного напряжения. Поэтому основной областью применения электростатических механизмов являются приборы, измеряющие напряжение - вольтметры.
Перемещение подвижной части во всех конструкциях электростатических механизмов связано с изменением емкости системы. Распространение получили два вида механизмов: изменение емкости в одних осуществляется за счет изменения активной площади электродов, а в других - за счет изменения расстояния между электродами. Первые применяются в щитовых и переносных вольтметрах на напряжения от десятков до сотен вольт, вторые - в щитовых киловольтметрах.
Устройство механизма с изменением активной площади электродов схематически показано на рис. 16.
Рис. 16 Устройство электростатического измерительного механизма
Неподвижная часть (неподвижный электрод) состоит из одной или нескольких камер 1, которые представляют две одинаковые металлические пластины, соединенные вместе и имеющие воздушный зазор. В воздушный зазор входит подвижный секторообразный электрод 2, укрепленный на оси 4. Электрод 2 и указатель 3, также укрепленный на оси 4, образуют подвижную часть. Под действием подведенного к электродам напряжения U создаётся электрическое поле. Силы электрического поля стремятся повернуть подвижную часть так, чтобы энергия электрического поля была наибольшей, т. е. чтобы подвижный электрод втягивался в пространство между неподвижными электродами и поворачивал указатель. Подвижная часть может быть, укреплена на опорах, растяжках или подвесе, а в качестве указателя кроме стрелки применяют также световой луч. Электроды изготовляются из алюминия.
В электростатических измерительных механизмах применяют большей частью магнитоиндукционные успокоители, реже - воздушные.
Уравнение преобразования для электростатического ИМ имеет следующий вид:
,(33)
где С - емкость между подвижным и неподвижным электродами.
Следовательно, угол поворота подвижной части - электростатического измерительного механизма пропорционален квадрату действующего значения напряжения и множителю dC/d?, т. е. между измеряемой величиной (напряжением) и углом отклонения нет прямо пропорциональной зависимости. Выбором соответствующей формы электродов, их размеров и взаимного расположения получают такую зависимость dC/d?, которая позволяет обеспечить практически равномерную шкалу, начиная от 15 до 100 % верхнего предела измерения.
Чувствительность электростатических механизмов мала. Для ее повышения подвижную часть укрепляют на р?/p>