Методы виміру змінних струмів і напруг середньої та низької частоты

Зміст. 2.

Запровадження. 3.

1. Методи виміру 3.

1.1 Метод безпосередньої оцінки 4.

1.2 Метод порівняння 5.

2. Кошти виміру (Електромеханічні амперметри і вольтметри) 5.

2.1 Магнітоелектричні прилади 8.

2.2 Електромагнітні прилади 13.

2.3 Электродинамические прилади 16.

2.4 Ферродинамические прилади 18.

2.5 Електростатичні прилади 18.

2.6 Термоелектричні прилади 20.

2.7 Выпрямительные прилади 21.

Укладання. 24.

У період науково-технічної революції темпи розвитку науку й техніки в значною мірою визначаються науковим і технічним рівнем виміру. Натомість рівень розвитку вимірювальної техніки одна із найважливіших показників прогресу науку й техніки. Особливо це справедливо для электрорадиоизмерений, оскільки дослідження у сфері фізики, радіотехніки, електроніки, космонавтики, медицини, біології та інших галузей людської діяльності базуються на вимірах електромагнітних величин.

Основних напрямів якісної боку розвитку электрорадиоизмерительной техніки являются:

. підвищення точності измерения;

. автоматизація процесів измерения;

. підвищення швидкодії й надійності вимірювальних приборов;

. зменшення споживаної потужності харчування і габаритів всіх коштів вимірювальної техники.

Электрорадиоизмерения, як та інші виміру, засновані на метрологии.

Метрологія — наука про вимірювання, методах і засобах забезпечення їхніх єдності й засоби досягнення необхідної точности.

Методи измерения.

Перед виміром струму (напруги) треба мати уявлення про його частоті, формі, очікувану значенні, необхідної точності вимірювання, і опір ланцюга, у якій виробляється вимір. Ці попередні відомості дозволять вибрати найбільше підходить метод вимірювання, і вимірювальний прибор.

Для виміру струму і напруження застосовують метод безпосередньої оцінки і метод сравнения.

1 Метод безпосередньої оценки.

Метод безпосередньої оцінки здійснюють з допомогою прямопоказывающих приладів — амперметрів і вольтметрів зі шкалами, градуированными в одиницях вимірюваною величини. Амперметр включають послідовно з навантаженням (в розрив ланцюга); вольтметр приєднують паралельно ділянці ланцюга, падіння напруги у якому потрібно виміряти (мал.1). Включений в ланцюг прилад надає їхньому режим певний вплив, зменшення якого необхідно суворо виконувати такі условия:

. внутрішній спротив амперметра RA має бути набагато меншою опору навантаження Rн;

. внутрішній опір вольтметра RV має бути значно більше опору навантаження Rн;

Невиконання цих умов призводить до систематичної методичної похибки, яка приблизно співпаде зі значеннями відносин RA/RН і RН/RV. Умова RV > RН особливо важко виконати виміру атмосферного явища напруги у тих ділянках (навантаженнях) з великим опором в так званих слаботочных ланцюгах. З цією метою застосовують електронні вольтметри з вхідним опором до сотень мегаом.

З підвищенням частоти похибка вимірів струму увеличивается.

2 Метод сравнения.

Метод порівняння забезпечує вищу точність виміру. Його здійснюють з допомогою приладів — компенсаторів, відмінних тим властивістю, зараз виміру потужність від вимірюваною ланцюга не споживається, тобто. вхідний опір практично нескінченно. Це властивість дозволяє застосовувати компенсатори для виміру ЭДС. Метод порівняння реалізується й у цифрових вольтметрах дискретного дії і аналогових компенсаційних вольтметрах, завдяки чому похибка виміру становить десяті, соті і навіть тисячні частки процента.

Кошти виміру (Електромеханічні амперметри і вольтметры).

Електромеханічні вимірювальні прилади ставляться до приладам прямого перетворення, у яких електрична яка вимірюється величина x безпосередньо перетворюється на показання отсчетного устрою. Таким чином, будь-який електромеханічний прилад складається з таких головних частей:

. нерухомій, з'єднаної з корпусом прибора;

. рухомий, механічної чи оптичної що з отсчетным устройством.

Отсчетное пристрій призначено для спостереження значень вимірюваною величини. Вона складається з шкали і покажчика, наявних на лицьової боці приладу. Шкалою називається сукупність оцінок (штрихів), розміщених у певної послідовності, і проставлених у декого з тих чисел відліку, відповідних ряду послідовних значень вимірюваною величини. Шкали може бути рівномірними і нерівномірними (квадратичными, логарифмическими та інших.). Відстань між двома сусідніми штрихами називається розподілом шкали. Різниця значень вимірюваною величини, відповідна двом сусіднім оцінкам називається ціною деления.

Покажчики діляться на стрілочні і оптичні. Оптичні покажчики складаються із джерела світла, дзеркальця, розташованого на рухомий частини, і системи дзеркал удлиняющих шлях променя світла, і направляють його за напівпрозору шкалу. Оптичні покажчики забезпечують велику чутливість приладу і меншу похибка відліку порівняно з стрелочным.

Рухлива частина приладу постачається віссю чи полуосями, які закінчуються запресованными у яких сталевими кернів. Останні спираються на корундовые чи рубінові подпятники (Рис. 2,а). Тертя керна про подпятник знижує чутливість і точність приладу, тому рухливу частина встановлюють на розтяжках чи подвесах (Рис. 2,б, в).

Електромеханічний розмір містить такі узлы:

. вузол, створює поводить момент;

. вузол, створює протидіючий момент;

. успокоитель.

Электромагнитная енергія Wэм йде від вимірюваного об'єкта в вузол, створює поводить початок і викликає поворот рухомий частини приладу. Поводить момент Мв можна сформулювати рівнянням Лангранжа другого рода:

[pic] (1).

Під впливом обертаючого моменту рухлива частина завжди буде повертатися до упора. Необхідний протидіючий момент Мп, спрямований назустріч вращающему моменту. Протидіючий момент можна отримати з допомогою механічних чи електричний сил. У першому разі він створюється з допомогою пласких спіральних пружин чи металевих ниток, закріплених кінцями на нерухомій і рухомий частинах приладу і закручивающихся при повороті рухомий частини. Механічний протидіючий момент прямо пропорційний розі повороту а:

[pic], (2) де W — питомий протидіючий момент, залежить від властивостей пружного элемента.

У другий випадок протидіючий момент створюється з допомогою електромагнітної енергії вимірюваною величини відповідно до формулою [pic].

Рух рухомий частини приладу припиняється деякому становищі а0, коли поводить і протидіючий моменти виявляться рівними одна одній: Мв = Мп (Рис.3). Підставляючи значення Мв і Мп з формул 1 і 2, можна отримати вираз для кута повороту рухомий частини приладу в виде.

[pic] (3).

Якщо протидіючий момент створюється з допомогою електромагнітної енергії, рух припиняється момент досягнення рівності двох моментів М1 і М2 протилежного напрями. Загалом вигляді з урахуванням формули (1) висловлювання для моментів можна записати так: [pic] і [pic], де х1 і х2 — електричні обчислювані величины.

Заспокоювач призначається для прискорення процесу загасання коливань рухомий частини приладу, виведеної зі рівноваги. Момент успокоения.

[pic], (4) де Р — коефіцієнт заспокоєння, залежить від типу, і конструкції успокоителя; da/dt — кутова швидкість переміщення рухомий части.

Найпоширеніші повітряні рідинні і магнитоиндукционные заспокоювачі (Рис.4), з допомогою яких час заспокоєння скорочується до 3- 4с. За принципом перетворення електромагнітної енергії в механічну прилади поділяються сталася на кілька груп (систем). Основними системами є: магнитоэлектрическая, электромагнитная, электродинамическая (ферродинамическая) і электростатическая.

1 Магнітоелектричні приборы.

Магнітоелектричні прилади застосовують у ролі амперметрів, вольтметрів і гальванометров для до ланцюгах постійного струму, а поєднані із перетворювачами змінного струму постійно — й у до ланцюгах змінного тока.

Вузол до створення обертаючого моменту складається з сильного постійного магніту та легкій рухомий котушки, через яку протікає вимірюваний струм (Див. Мал.5, а).

Обмотка рухомий котушки складається з витків тонкого дроти, тому магнитоэлектрический прилад можна використовувати безпосередньо лише у ролі мікрочи миллиамперметра і милливольтметра.

Котушка у вигляді прямокутної рамки вміщена в кільцевому зазорі між полюсными наконечниками магніту і циліндричним сердечником, тобто. в радіальному магнітному полі. Принцип дії магнитоэлектрических приладів полягає в взаємодії поля постійного магніту з провідником (котушками), яким протікає вимірюваний струм. У цьому виникає пара сил F (Див. Мал.5, б), створює поводить момент. Енергія магнитоэлектрической системи є сумою енергії поля магніту Wп.м., енергії котушки з струмом і взаємодії поля магніту і котушки із течією (I, де (— потокосцепление, чисельно однакову твору числа силових магнітних ліній, пересекаемых обидві сторони котушки у її повороті на кут але в число витків n її обмотки:

[pic] (5).

Тут У — магнітна індукція в зазорі, Тле; p. s — площа обох сторін котушки, м2.

Отже, вся енергія, зосереджена в вузлі, яскравому поводить момент, равна.

[pic](6) З формули (1), дифференцируя вираз (6) по переміщенню, одержимо рівняння обертаючого момента.

[pic](7).

З формули (2) відхилення рухомий частини приладу підпорядковане наступній зависимости:

[pic](8) де Si = Bns/W — чутливість приладу по току.

Формула (8) є рівнянням шкали приладу магнитоэлектрической системи. На цьому рівняння слід, що відхилення покажчика пропорційно измеряемому току, шкала равномерна (линейна), включення слід дотримуватись полярність, оскільки прилад чутливий до постійному току. При включенні приладу в ланцюг яким протікає пульсуючий чи імпульсний струм, відхилення покажчика буде пропорційно постійної складової (середньому значенням) цих струмів; у ланцюзі із течією синусоидальной форми вследствии інерційності рухомий частини показання дорівнюватимуть нулю і лише за частоті змінного струму нижче 10 гц рухлива частину з покажчиком здійснювати коливальні движения.

Час встановлення показань скорочується з допомогою електромагнітного заспокоєння, виникає з допомогою індукованого струму в котушці, порушуваного після перетину нею магнітного поля: I = e/R (, де е — индуцированная ЭДС, а R (- сума опорів рухомий котушки і до зовнішньої ланцюга, яку вона замкнута;

[pic].

Знаходимо момент електромагнітного успокоения.

[pic].

Коефіцієнт заспокоєння відповідно до формулою (4).

[pic] (9).

Для збільшення коефіцієнта заспокоєння потрібно уменьшиь загальне опір, що не можливо. Вихід у тому, що котушка намотується на алюмінієвому каркасі, у якому индуцируется ЭДС; тоді формула (9) прийме вид:

[pic], де Rk — електричне опір каркаса.

Якщо котушку збільшити небажано, вона виконується бескаркасной (витки склеюються), а отримання індукованої ЭДС намотують додатковий короткозамкнутый виток.

Є конструкції магнитоэлектрических приладів з нерухомій котушками і рухомим магнітом в одній осі із покажчиком (рис. 5, в).

До переваг магнитоэлектрических приладів ставляться: висока чутливість (до 3*10−11 А); висока точність (до класу 0,05); мале споживання потужності від вимірюваною ланцюга (10−5 — 10−6 Вт); впливає величина -температура оточуючої среды.

Недоліки: складність виготовлення й ремонту; неприпустимість навіть короткочасних перевантажень (деформуються чи перегорають струмопровідні пружинки, нитки розтяжок і подвесов).

Амперметри. Для виміру струмів паралельно затискання приладу приєднується електричний шунт являє собою прямокутну манганиновую пластину. Для виміру струмів вище 50 А застосовують наружние шунты. Переносні прилади забезпечуються внутрішніми многопредельными шунтами чи зовнішніми наборами шунтів сталася на кілька номінальних струмів. Вибір шунти для такого приладу залежить від заданого розширення меж виміру m = I/IA і внутрішнього опору приладу (опору його котушки) RA. Для електричної ланцюга, наведеної на див. мал.6, а, справедливі такі рівності: IaRa=IшRш; I=mIa; Iш=I-Ia. Звідси знаходимо опір шунти: Rш=RаIa/Iш=RaIa/(mIa-Ia)=Ra/(m-1). Через котушку приладу буде протікати (1/m)-я частина вимірюваного струму, а ще через шунт — в (m-1) раз больше.

Похибка шунтированного амперметра зростає внаслідок неточності виготовлення шунтів (від 0,005 до 0,5%) і різних температурних коефіцієнтів опору котушки і шунта.

Вольтметри. При паралельному підключенні магнитоэлектрического приладу до дільниці електричної ланцюга можна виміряти напруга. І тут рівняння (8) прийме вид:

[pic], (10) де Su — чутливість вольтметра за напругою; Rv — опір дротів катушки.

Опір обмотки котушки замало, й для виміру великих напруг послідовно їй включають додаткові резисторы з опором Rд. Нехай поставлено розширити межа до m=U/Uv раз. Для електричної ланцюга представленої на рис. 6, б, написати: URд/Rд=Uv/Rv, звідки Rд=RvURд/Uv=Rv (m-1). Отже на котушці приладу падіння напруги становитиме (1/m)-ю частина вимірюваного напруги, але в додатковому резисторе в (m-1) раз більше. У формулі (10) замість Rv потрібно підставити Rv+Rд.

Гальванометры. Особливо чутливі магнітоелектричні прилади для виміру струмів, напруг і кількість електрики. Гальванометры часто використовують як нульових індикаторів, що б відсутність струму в ланцюга. І тому випускаються гальванометры з двосторонній шкалою, тобто. з нульовою позначкою посередине.

Гальванометры поділяються на переносні і стаціонарні. Рухлива котушка у переносних гальванометров кріпиться на розтяжках; внутрішнє отсчетное пристрій снабжено оптичним покажчиком. Стаціонарні (дзеркальні) гальванометры виконують з підвісом рамки (котушки) і до зовнішньої шкалою, яку падає промінь світла, відбитий дзеркальця (Рис. 2,в). Легка котушка малий питомий протидіючий момент створює умови до виникнення механічних затухали коливань рухомий частини гальванометра (Див. Мал.7, крива 1). Для прискорення загасання коливань застосовують електромагнітне заспокоєння. Коефіцієнт заспокоєння (9).

[pic], де Rг — опір дротів рамки гальванометра; Rн — опір зовнішнього резистора (ланцюга), який замкнута рамка.

Знаючи, що P=f (Rг+Rн); змінюючи зовнішнє опір, можна змінювати коефіцієнт заспокоєння і інтервал часу заспокоєння. Поклавши, що з деякому P=Pкр настає критичний режим, щоб у перебігу мінімального інтервалу часу tу настає заспокоєння. Введемо поняття ступеня заспокоєння (:

[pic], де Rн. кр — деяке значення зовнішнього опору, у якому виникає критичний режим.

У критичному режимі (кр = 1 та інформаційний процес встановлення характеризується кривою 3 на див. мал.7. Якщо (кр > 1, режим апериодический (крива 2), якщо (кр < 1 — коливальний (крива 1). У паспортні дані гальванометра наводяться значення Rг Rн. кр, власний період механічних коливань T0 і тривалість заспокоєння в критичному режимі ty.

2 Електромагнітні приборы.

Вузол до створення обертаючого моменту (рис. 7,а) складається з пласкою чи круглої котушки, через яку протікає вимірюваний струм, і сердечника, закріпленого на осі указателя.

Принцип дії приладів електромагнітної системи полягає в взаємодії магнітного поля котушки з забезпеченням рухомим ферромагнитным сердечником. Енергія, запасена в котушці, [pic]. Индуктивность котушки під час руху сердечника змінюється, отже, вираз для обертаючого моменту (1) матиме наступний вид:

[pic], З умови рівності обертаючого і протидіє моментів получаем.

[pic]. (11).

На цьому рівняння слід, що відхилення покажчика пропорційно квадрату вимірюваного струму. Прилад доречний під час виміру як постійного, і змінного струму. Калібрування шкали постійному струмі відповідає среднеквадратическим (чинним) значенням змінного тока.

Переваги електромагнітних приладів — простота конструкції і надійність. Недоліки: мала чутливість; Значне споживання потужності від вимірюваною ланцюга (до 1 Вт); нелінійний шкали; значна похибка; багато впливають величин: температура довкілля, зовнішнє магнітне полі, частота вимірюваного змінного тока.

Електромагнітні прилади завдяки простоті, дешевизні й надійності широко застосовують для виміру струмів і напруг у сильноточных ланцюгах постійного і перемінного струму промислової частоти (50 і 400 гц). Більшість електромагнітних амерметров і вольтметрів випускають як щитових приладів різні класи 1,5 і 2,5. Є прилади класу 1,5 і 1,0 до роботи на дискретних частотах 50, 200, 800, 1000, 1500 Гц.

Амерметры. Котушку амерметра виготовляються з мідного дроти, розрахованого на номінальне значення струму, наприклад 5А. Кількість витків визначають з умови повного відхилення покажчика амперметра при номінальному токе.

Для розширення меж виміру змінного струму застосовують вимірювальні трансформатори струму. Вони різняться класами точності (від 0,05 до 1,0), значенням нормованого номінального опору навантаження у подальшому ланцюгу вторинної обмотки (від 0,2 до 2,0 Ом). Основна робоча частота 50 гц, але є трансформатори і 400 і 1000 Гц.

Первинна обмотка трансформатора струму містить мала кількість витків і включається послідовний у розрив ланцюга (див. мал.8, а). Вторинна обмотка з великим кольчеством витків сполучається з амперметром п’ять, А (іноді на 1 А). Трансформатори струму випускаються до роботи з первинним струмом від 5 До 15кА. При великих значеннях струму первинна обмотка є прямокутний відрізок шини чи стрижень, проходить з вікна магнитопровода (див. мал.8, б). Опору амперметрів малі, тому нормальним режимом роботи трансформатора струму є режим, близька до режиму короткого замыкания.

Вольтметри. Котушку вольтметра виготовляються з великої кількості витків тонкого мідного дроти, достатнього до повного відхилення покажчика при даному значенні струму. Рівняння для електромагнітного вольтметра набуває вид:

[pic], (12) де Rv — опір обмотки катушки.

Щитові вольтметри безпосереднього включення випускають зі шкалами від 7,5 до 250 У і додатковими опорами на — 450, 600 і 750 У; клас точності 1,5. Для вимірів вищих напруг, до 15 кВ, застосовують вимірювальні трансформатори напруги. Вони різняться класом точності (0,1 і 0,2) і коефіцієнтом трансформації. Робоча частота 50 Гц.

Первинна обмотка трансформатора (див. мал.9) напруги включається паралельно вимірюваною ланцюга. До вторинної обмотці підключається вольтметр.

3 Электродинамические приборы.

Вузол до створення обертаючого моменту складається з нерухомій котушки, усередині якої вміщена рухлива. Принцип дії полягає в взаємодії магнітних полів нерухомій і рухомий котушок, якими протікають обчислювані струми (рис.10).

Нерухома котушка розділена на частини, якими протікає струм I1. Рухлива котушка розташована всередині нерухомій, і з ній протікає струм I2, який підводиться через спіральні які протидіють пружини чи розтяжки. Заспокоєння зазвичай повітряний. Енергія, запасена на обох катушках,.

[pic] (13) де M1,2 — взаємна индуктивность між катушками.

Формула обертаючого момента.

[pic] (14) і рівняння відхилення указателя.

[pic]. (15).

Якщо за котушки пропустити перемінні синусоїдальні струми [pic] і [pic], то рухлива частина приладу реагуватиме середнє обертаючого момента.

[pic], де I1 і I2 — діючі значення струму; (— фазовий зрушення між ними.

Отже рівняння (15) для змінного струму прийме вид:

[pic][pic] (16).

З формул (15) і (16) ясно, що показання приладів электродинамической системи пропорційні твору струмів, що протікають по катушкам; градація шкали постійному струмі справедливою є для змінних токов.

До переваг цих приладів ставляться: можливість перемножать обчислювані величини, тобто. вимірювати потужність; мала похибка, позаяк у механізмі немає заліза. Недоліки: мала чутливість; значне споживання потужності; складність конструкції; неприпустимість перевантаження; нелінійний шкали; вплив температури, частоти і від зовнішнього магнітного поля.

Випускаються амперметри, вольтметри электродинамической системи для застосування в ланцюгах постійного і перемінного струму із частотою 50,400,1000,2000, 3000 Гц.

Амперметри. Для виміру сили струму обидві котушки з'єднують паралельно чи послідовно (рис. 11,а). У цьому і той ж струм протікає по обом катушкам рівняння (15) матиме вид:

[pic] (17) де SI — чутливість по току.

При паралельному поєднанні котушок межі виміру струму будуть більш ніж при последовательном.

Щитові амперметри безпосереднього включення випускають з межами вимірів від 1 до 200 А. Розширення меж (до 6кА) здійснюється за допомоги вимірювальних трансформаторів тока.

Вольтметри. Для виміру обидві котушки з'єднують послідовно (рис. 11, б). Рівняння (15) для вольтметра прийме вид:

[pic], (18) де Su — чутливість за напругою; Rk — опір обмоток катушек.

При вимірі змінного напруги у ланцюзі вольтметра буде діяти повне опір [pic], де Rk і Xk — активне і реактивне опір котушок. На частотах понад 500 гц реактивне опір Xk проявляється досить помітно й тому калібрування шкали нарушается.

Щитові вольтметри безпосереднього включення випускаються зі шкалами до 450 У, переносні - від 7,5 до 600 У. Для розширення меж виміру до 30 кВ застосовують вимірювальні трансформаторф напряжения.

4 Ферродинамические приборы.

Ферродинамические прилади є різновидом електродинамічних з тією різницею, що нерухомі котушки укладено в сердечники з ферромагнитного матеріалу. Така конструкція забезпечує значне збільшення обертаючого моменту й хороший захисту від зовнішніх магнітних полів. Але це призводить до збільшення похибки прибора.

5 Електростатичні приборы.

Принцип дії приладів електростатичної системи грунтується на взаємодії двох електрично заряджених тіл. Конструктивно вони виконуються як нерухомій і рухомий пластин яких прикладається яка вимірюється напруга (рис.12).

Енергія електричного поля [pic]. При русі рухомий пластини ємність З з-поміж них змінюється. Формула обертаючого моменту матиме вид.

[pic] і відхилення указателя.

[pic]. (19).

Протидіючий момент створюється спіральної пружиною (рис. 12, а) чи вагою рухомий пластини (рис. 12, б). З рівняння (19) слід, що електростатичні прилади є вольтметрами і киловольтметрами, придатними для виміру постійного і перемінного напруги. Шкала градуированная постійному напрузі, справедлива для чинного значення змінного напруги будь-який формы.

До переваг електростатичних приладів ставляться: великі межі напруг (до 1МВ); широкий діапазон частот вимірюваних напруг (до 30Мгц). Недоліки: мала чутливість; мала надійність; нелінійний шкали; вплив температури довкілля та зовнішнього електричного поля.

Електростатичні прилади виконуються як щитових і переносних вольтметрів і киловольтметров до застосування в ланцюгах постійного насилля і змінного струму із частотою від 20 гц до 30 МГц.

6 Термоелектричні приборы.

Прилади з термопреобразованием призначені до роботи на ланцюгах змінного струму буде в діапазоні низьких і високих частот. Термоелектричний прилад складається з термоелектричного перетворювача магнитоэлектрического міллі - чи микроамперметра (рис. 13, а).

Перетворювач (рис. 13, б) є нагрівач 1, по якому протікає вимірюваний струм I, та була пов’язана з нею термопару. Під час виміру температура місця сполуки нагрівача і термопари набувають значення Т1, а вільні кінці термопари мають температуру навколишнього простору T2. Різниця температур викликає термоЭДС [pic], де, а — коефіцієнт пропорційності, залежить від матеріалу термопари і його конструкції. У що встановилася стані внаслідок теплової інерції температура нагрівача T1 постійна й розсіюваною у ньому потужністю. Запишемо такий вислів [pic], де k — коефіцієнт тепловіддачі. Віднявши різницю температур з вислови й висловлювання для термоЭДС, запишем.

[pic], де [pic] — коефіцієнт пропорційності; Rн — опір нагрівача; I — середньоквадратичне значення вимірюваного тока.

Нагрівач включають послідовний у розрив вимірюваною ланцюга, а виникає термоЭДС вимірюють микроамперметром, працюючим як милливольметр. Шкалу останнього градуируют в среднеквадратических значеннях вимірюваного тока.

Термоелектричні перетворювачі поділяються на контактні (рис. 13,б) і (рис. 13, у і вакуумні (рис. 13, р). У контактному преобразователе є гальванічна зв’язок між нагревателем і термопарою, тобто. між вхідний і вихідний ланцюгами, що не припустимо. У безконтактному преобразователе нагрівач відділений від термопари скляній чи керамічної бусинкою, отже з-поміж них є тільки незначна емкостная зв’язок. Чутливість і безконтактного перетворювача нижче ніж в контактного. У вакуумного термопреобразователя нижче, ніж в контактного. У вакуумному термопреобразователе нагрівач і термопара перебувають у скляний баллончик.

Нагрівач є тонку зволікання з манганина чи нихрома. Термопара складається з різнорідних матеріалів і сплавів, стійких при високих температурах.

Максимальне значення вимірюваного струму визначається перерізом нагрівача і як від одиниць міліампер до десятків ампер. При необхідності виміру струмів великих значень застосовують трансформатори струму. Максимальна частота вимірюваного струму залежить від перерізу нагрівача та її довжини і за мінімальних розмірах сягає сотень мегагерц.

До гідності термоелектричних приладів слід віднести незалежність показань від форми кривою вимірюваного струму; до недоліків — малу чутливість; нерівномірність шкали, неприпустиму перегрузку.

Термоелектричні прилади набули поширення переважно у ролі амперметрів і миллиамперметров. Термоелектричні вольтметри застосовуються рідко вследствии малого вхідного опору і низької чувствительности.

7 Выпрямительные приборы.

Для виміру струму й у ланцюгах підвищеної частоти широко застосовують выпрямительные прилади, які з выпрямительного перетворювача і магнитоэлектрического мікрочи миллиамперметра (рис. 14, а). Як выпрямительных елементів використовуються напівпровідникові (германиевые чи кремнієві) діоди, выпрямляющее які визначається коефіцієнтом выпрямления.

[pic] де Iпр і Iоб — прямий і зворотний струми; Rпр і Rоб — пряме і зворотне опір диода.

Коефіцієнт випрямлення залежить від частоти і значення преобразуемой електричної розміру й від температури довкілля. З підвищенням частоти частина струму відгалужується через внутрішню ємність діода і коефіцієнт випрямлення уменьшается.

Выпрямительные прилади працюють за схемами однечи двухполупериодного випрямлення (рис. 14, б) струм протягом позитивного полупериода проходить по вимірювальної галузі (відкритий діод Д1 і витки котушки миллиамперметра), в перебігу негативного полупериода — по захисної гілки (діод Д2 і резистор R). Обидві галузі ідентичні, опір резистора R одно опору котушки миллиамперметра Ra. Через діод Д1 проходить пульсуючий струм і (рис. 14, в), а показання миллиампертметра пропорційно постійної складової струму чи середньому значенням Iср. Якщо вимірюваний струм синусоидальной форми, то.

[pic].

У схемою з двухполупериодного випрямлення (рис. 14, р) вимірюваний струм в перебігу позитивного полупериода відбувається за ланцюга Д1 — миллиамперметр — Д3, а перебігу негативного — Д2 — миллиамперметр — Д4. Свідчення миллиамперметра пропорційно средневыпрямленному значенням змінного струму. Для синусоидального струму (рис. 14, д).

[pic].

Шкалу выпрямительного приладу завжди градуируют в среднеквадратических значеннях струму синусоидальной форми. Отже, все оцифровані розподілу шкали множать на коефіцієнт форми [pic]: [pic]. Головними джерелами похибок выпрямительных приладів є: похибка градуировки миллиамперметра; ємність діодів; зміна температури довкілля; вихід частоти межі робочого діапазону; відхилення форми кривою вимірюваного струму від синусоидальной.

Для виміру великих струмів застосовують прилади зі схемою, представленої на рис. 15, а. Тут резисторы R є шунтами для кожного полупериода струму. У многопредельных амперметрах набір таких шунтів поміщають всередині корпуси та перемикають зовнішнім ручним перемикачем. Выпрямительный вольтметр складається з миллиамперметра і додаткового резистора Rд (рис. 15, а). Додаткові резисторы розташовуються всередині корпусу многопредельного вольтметра і перемикають їх за зміни краю измерения.

Выпрямительные прилади отримали стала вельми поширеною як комбінованих вимірників постійного і перемінного струму і напруження. Забезпечені джерелом постійної напруги, вони можуть використовуватися для виміру електричного сопротивления.

Заключение

.

Через війну вивчення курсу «Метрології і радиоизмерения» вдалося засвоїти основні засади і силові методи вимірів струмів і напруг з урахуванням їхньої частоти й уміти вибрати найпридатніший для даних умов метод і засіб виміру, виконати вимір і оцінити похибка результату виміру. ———————————;

Міністерство загального характеру і професійного образования.

Самарський державний технічний университет.

Кафедра: Робототехнические системы.

Метрологія і радиоизмерения.

Тема: Методи і кошти виміру змінних струмів і напруг середньої та низької частоты.

Виконав: Бугаёв Олексій Александрович.

ЗФ-III-13 шифр № 994 824.

Самара, 2002.

A.

I.

Rн.

RА а).

V.

U.

U.

Rн.

RV.

б).

Uн.

Мал.1 Схема виміру методом безпосередньої оцінки: а) струму; б) напряжения М.

а Мв Мп а0.

Рис. 3.

а) б).

Рис. 4 Заспокоювачі: а — повітряний; б — магнитоиндукционный.

Див. Мал.5 Магнитоэлектрический прилад 1 — коректор; 2 — які протидіють пружини; 3 — рухлива котушка; 4 — полюсні наконечники; 5 — стрілка; 6 — сердечник Рис. 6 Схема розширення меж виміру: а — амперметра; б — вольтметра Рис. 7 Графіки різних режимів рухомий частини гальванометра Рис. 2. Способи установки рухомий частини приладу: а — на осі; б — на розтяжках; в — на подвесе.

Див. Мал.7 Електромагнітний прилад 1,4 — пласка і кругла нерухомі котушки; 2 — ферромагнитный рухливий сердечник; 3 — ось.

Див. Мал.8 Вимірювальний трансформатор струму: а — схема включення; б — конструкція прохідного трансформатора струму 1 — магнитопровод; 2 — изолятор Рис. 9 Вимірювальний трансформатор напряжения.

Рис. 10 Електродинамічний прибор Рис. 11 Поєднання котушок електродинамічного приладу до роботи їх у ролі: а — амперметра; б — вольтметра.

Рис. 12 Пристрій електростатичних приладів: а — з мінливих робочої площею пластин; б — з змінюваним відстанню між пластинами; в — высоковольтного.

1 і 2 — нерухома і рухлива пластини; 3 — високовольтний електрод; 4 — заземлений електрод; 5 — металева труба; 6 — изолятор Рис. 13 Термоелектричний прибор Рис. 14 Схеми выпрямительных амперметрів та графіки струмів і напруг: а, б, в — при однополупериодном выпрямлении; р, буд — при двухполупериодном выпрямлении.

Рис. 15 Схеми выпрямительных приборов.