WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 | 2 || 4 |

Е = х/ х.

Однако эта погрешность зависит от каждого значения измеряемых величин. Например, при измерении напряжений в 1 В, 10 В или 300 В одним и тем же прибором относительная погрешность будет разная.

Поэтому она не может служить для оценки точности такого прибора.

Для этого вводится так называемая приведенная погрешность. Приведенная относительная погрешность определяется как отношение абсолютной погрешности х к предельному (максимальному) значению прибора хmax, которое может быть измерено по шкале прибора и выражается в процентах:

x Еn = · 100%.

xmax Приведенная относительная погрешность и лежит в основе деления приборов на классы точности, о которых шла речь выше.

Величина абсолютной погрешности на данном пределе (х =Еn · хmax/100%) есть величина постоянная, и поэтому точность измерений повышается с приближением измеряемой величины (хизм) к предельному значению, а относительная погрешность измерения х/хизм. уменьшается.

Поэтому рекомендуется подбирать предел измерений так, чтобы измеряемая величина составляла 60 - 100% от предельного значения.

В зависимости от того, какое физическое явление положено в основу действия прибора, электрические измерительные приборы разделяются на следующие системы:

Приборы магнитоэлектрической системы Работа приборов этой системы основана на взаимодействии поля постоянного магнита и измеряемого тока, проходящего по обмотке подвижной катушки, помещенной в этом поле. Предназначены они для измерения силы тока и напряжения в цепях постоянного тока. Для переменного тока магнитоэлектрические приборы неприменимы, так как подвижная часть вследствие инерции не успевает отклоняться.

На рис.1 показано схематическое устройство наиболее распространенного вида магнитоэлектрического прибора.

Сильный постоянный магнит из высококоэрцитивной стали скреплен с Рис.магнитопроводом 2 и полюсными наконечниками из магнитомягкой стали. Между полюсными наконечниками укреплен цилиндрический сердечник 4 тоже из магнитомягкой стали. Подвижная катушка (рамка) 5 из тонкого медного или алюминиевого провода намотана на легкий алюминиевый каркас.

На оси подвижной части укреплена стрелка, конец которой перемещается по шкале прибора. Для создания противодействующего момента и одновременно для подвода тока в обмотку рамки служат две спиральные пружины.

Теоретически нетрудно установить зависимость угла поворота подвижной части от величины тока I, протекающего по обмотке рамки прибора =k I, где k – коэффициент пропорциональности, зависящий от конструкции прибора. Из этой зависимости видно, что магнитоэлектрические приборы имеют равномерные шкалы.

Достоинствами магнитоэлектрических приборов являются: высокая точность и чувствительность, малое потребление энергии, апериодичность (стрелка устанавливается на соответствующем делении почти без колебаний), нечувствительность к внешним магнитным полям.

Работа приборов электромагнитной системы Работа приборов электромагнитной системы основана на взаимодействии магнитного поля, создаваемого измеряемым током при прохождении его по обмотке неподвижной катушки с подвижным железным сердечником, помещенным в это магнитное поле.

Предназначены эти приборы для измерения силы тока и напряжения в цепях переменного и постоянного токов.

На рис.2 показана схема устройства электромагнитного прибора. Прибор состоит из катушки (1) с узкой щелью. Сердечник (2) изготовлен из мягкого железа и прикреплен эксцентрично на оси. С осью сердечника скреплены стрелка (3), поршень воздушного успокоителя (4) и спиральная пружина (5), создающая противодействующий момент. Ток, 2 протекающий по катушке (1), образует внутри Рис.нее магнитное поле, под действием которого железный сердечник, намагничиваясь, поворачивается вокруг оси и втягивается в щель катушки.

Магнитное поле катушки пропорционально току; намагничивание железного сердечника тоже увеличивается с увеличением тока. Поэтому можно приближенно считать, что в электромагнитном приборе вращающий момент М1 пропорционален квадрату тока M1=k1I2, где k1 – коэффициент, зависящий от конструкции прибора.

Противодействующий момент М2, создаваемой пружиной (5) пропорционален углу поворота подвижной части прибора M2=k2, где k2 – коэффициент, зависящий от упругих свойств пружины.

Равновесие подвижной части прибора определяется равенством моментов, действующих на нее в противоположных направлениях.

Поэтому =kI2, где k=k1/k2.

Отсюда следует, что шкала электромагнитного прибора неравномерная, квадратичная.

Достоинствами приборов электромагнитной системы являются:

возможность измерения как постоянного, так и переменного токов, простота конструкции, механическая прочность, выносливость в отношении перегрузки.

Приборы электродинамической системы Принцип работы таких приборов основан на взаимодействии двух катушек (подвижной и неподвижной), по которым протекает ток.

Подвижная катушка, находящаяся внутри неподвижной катушки, может вращаться вокруг оси, на которой закреплена стрелка, перемещающаяся по шкале. Противодействующий момент создается спиральными пружинами, закрепленными на этой оси.

Измеряемый ток проходит через обе катушки. В результате взаимодействия магнитного поля неподвижной катушки и тока в подвижной создается вращающий момент М1, под влиянием которого подвижная катушки будет стремиться повернуться так, чтобы плоскость ее витков стала параллельной плоскости витков неподвижной катушки, а их магнитные поля совпадали бы по направлению. Этому противодействуют пружинки, вследствие чего подвижная катушка устанавливается в положении, когда вращающий момент становится равным противодействующему.



Катушки в электродинамических приборах, в зависимости от назначения, соединяются между собой последовательно или параллельно.

Если катушки прибора соединить параллельно, то он может быть использован как амперметр. Если же катушки соединить последовательно и присоединить к ним добавочное сопротивление, то прибор может быть использован как вольтметр.

В первом приближении вращающий момент М1, действующий на подвижную катушку, пропорционален как току I1, в неподвижной катушке, так и току I2 в подвижной катушке M1=k1I1I2, где k1 – коэффициент пропорциональности, зависящий от конструкции прибора.

Пружины, закручивающиеся при вращении подвижной катушки, создают противодействующий момент М2, пропорциональный углу, на который повернулась катушка М2=k2, где k2 – коэффициент пропорциональности, зависящий от упругих свойств пружины. При равенстве моментов М1 и М2 подвижная катушка остановится. Тогда =kI1I2, (1) kгде k =.

k Если катушки соединены последовательно, то =kI2. (2) Выражения (1) и (2) показывают, что шкала электродинамического прибора неравномерная. Однако подбором конструкции катушек можно улучшить шкалу, т.е. приблизить к равномерной.

При перемене направления тока в обеих катушках направление вращающего момента не меняется. Отсюда следует, что приборы этой системы пригодны для измерений как на постоянном, так и на переменном токе. Торможение в этих приборах, так же как и в электромагнитных, достигается при помощи воздушного успокоителя.

В электроизмерительной практике для измерения потребляемой в цепи мощности широко применяется электродинамический ваттметр. Он состоит из двух катушек: неподвижной, с небольшим числом витков толстой проволоки, включаемой последовательно с тем участком цепи, в котором требуется измерить расходуемую Rмощность, и подвижной, содержащей большое число витков тонкой проволоки и помещенной на оси внутри Rнеподвижной катушки. Подвижная U Rн катушка включается в цепь подобно вольтметру, т.е. параллельно потребителю, и для увеличения ее rg сопротивления R2 последовательно с ней вводится добавочное сопротивление rд (рис.3). Пусть ток в первой катушке I1, во второй I2. По закону Ома напряжение на Рис.3 зажимах нагрузки равно:

U=I2(R2+rд), откуда I2 = U.

+ rR 2 д Подставив значение I2 в выражение (1) для, получим:

k = UI I11 U = P.

+ rR 2 д Таким образом, отклонение подвижной части пропорционально мощности и поэтому шкалу прибора можно проградуировать в ваттах. Из этого также следует, что ваттметр этой системы имеет равномерную шкалу.

Достоинствами приборов электродинамической системы являются:

возможность измерения как на постоянном, так и на переменном токе;

достаточная точность. К недостаткам приборов этой системы относятся:

неравномерность шкалы у амперметров и вольтметров; чувствительность к внешним магнитным полям; большая чувствительность к перегрузкам.

Электродинамические амперметры и вольтметры применяются главным образом в качестве контрольных приборов для измерений в цепях переменного тока.

Приборы электростатической системы Устройство приборов этой системы основано на взаимодействии двух или нескольких электрически заряженных проводников. Под действием электрического поля подвижные проводники перемещаются, что позволяет фиксировать напряжение.

Тепловые системы Прибор, основанный на тепловом действии тока, содержит тонкую проволоку, закрепленную на концах, через которую пропускают измеряемый ток.

При прохождении по проволоке тока она нагревается и ее удлинение используют для измерения величины тока. Такие приборы могут быть использованы и на постоянном, и на переменном токе.

Амперметры и вольтметры Амперметры – приборы, служащие для измерения силы тока. При измерениях амперметр включают в цепь последовательно, т.е. так, чтобы весь измеряемый ток проходил через амперметр V (рис.4). Поэтому амперметры должны иметь малое сопротивление, чтобы включение их не изменяло заметно величины тока в цепи.

Вольтметры – приборы, служащие для измерения M R N напряжения. При измерении вольтметр включают A параллельно тому участку цепи, на концах которого хотят измерить разность потенциалов.

Для того чтобы включение вольтметра не изменяло заметно режима цепи, сопротивление вольтметра должно быть очень велико по Рис.сравнению с сопротивлением участка цепи R.

Для расширения пределов измерения амперметров и вольтметров применяются шунты и добавочные сопротивления.

Вспомогательные электрические приборы Шунты. Шунты представляют собой сопротивление, включаемое последовательно с нагрузкой и параллельно измерительному механизму амперметра (рис.5). Пусть сопротивление самого прибора RA;

сопротивление шунта RШ; ток через V A прибор IА; через шунт IШ.

Ja Тогда I=IA+IШ, IA/IШ=RШ/RA.

Jш J Отсюда IA=IRШ/(RШ+RA), а RШ=IARA/(I-IA).

Rш Из формулы видно, что чем меньше сопротивление шунта, тем Рис.меньшая доля от общего тока будет протекать через прибор. Для того чтобы сила тока IА составляла 1/n долю от силы тока I (I=nIA), надо положить RШ=RA/(n-1).

Число n, подбираемое равным 10, 100, 1000 и т.д. и показывающее, во сколько раз необходимо расширить пределы измерения данным амперметром, называется шунтовым коэффициентом.

Добавочные сопротивления. Для расширения пределов измерений вольтметров применяются добавочные сопротивления, которые Uв Rg включаются последовательно с вольтметрами (рис.6). Зная, что V напряжение на участке MN определяется как U=I(Rg+RB), легко найти величину добавочного сопротивления M N R A Rg=U/I-RB.





Если пределы измерения напряжения должны быть в n раз больше, то получаем Rg=RB(n-1).

Рис.Измерительные трансформаторы. Измерительные трансформаторы применяются для увеличения пределов измерения приборов переменного тока.

Различают измерительные трансформаторы тока и измерительные трансформаторы напряжения. Измерительный трансформатор тока состоит из первичной обмотки, имеющей малое число витков n1 и выполненной из толстого провода, и вторичной, имеющей относительно большое число витков n2. Амперметр включается во вторичную обмотку (рис.7).

Коэффициент трансформации для данного трансформатора k=I1/I2=n2/n1, где I1 и I2 - токи в первичной и вторичной обмотках; n1 и n2 – соответственно число витков в них.

Из этого выражения видно, что ток, измеряемый во вторичной обмотке, будет в k раз меньше подводимого тока.

Измерительный трансформатор напряжения также состоит из первичной и вторичной обмотки. Первичная обмотка содержит большее число винтов, а вторичная – V меньшее. Вольтметр включается A во вторичную обмотку (рис.8).

Рис.7 Рис.Коэффициент трансформации К трансформатора напряжения K=U1/U2=n1/n2.

Измерительный трансформатор позволяет для любого случая подобрать соответствующий коэффициент трансформации.

Реостаты, потенциометры и магазины сопротивлений Реостаты. В электроизмерительной практике часто применяются реостаты. Наибольшее распространение получили реостаты со скользящим контактом. Они состоят из фарфорового или шиферного цилиндра, на который намотана проволока (или лента), изготовленная из металла с большим удельным сопротивлением.

Над цилиндром укреплен a проводник, по которому может a перемещаться контакт, позволяющий постепенно b c b c включать в цепь обмотку.

Реостат включается в сеть через Рис. клемму а, соединенную с ползунком, и любую из клемм (b и с) (рис. 9).

Магазин сопротивлений. Набор эталонных сопротивлений составляет так называемый магазин сопротивлений. Каждое эталонное сопротивление состоит из катушки, изготовленной из манганина и константана. Катушки А А А набора помещаются в общий ящик. На эбонитовой (или M N пластмассовой) крышке ящика укреплены массивные R R R медные пластины MN (рис.

10). Концы каждой из Рис.катушек R соединены с двумя соседними пластинами. Конические вилки А плотно вставляются в гнезда пластин и служат непосредственным контактом между пластинами. Когда все вилки вставлены, ток проходит от пластины к пластине без заметного сопротивления. Но если вынуть какую-нибудь вилку, то ток может пройти только через соответствующую катушку.

Рычажные магазины также состоят из набора катушек, прикрепленных к контактам, по которым скользят рычаги. Величина введенного сопротивления отсчитывается непосредственно по положению рычагов.

Потенциометр. Потенциометр предназначен для плавного изменения напряжения. Чтобы понять работу потенциометра, рассмотрим следующую схему (рис.11).

Напряжение источника (300 В) подается R1 R2 R3 на три последовательно соединенных сопротивления R1, R2 и R3.

Вольтметр V (рис.12) покажет Рис.напряжение источника (U=300 В).

Вольтметры V1, V2 и V3 покажут напряжения (или падение напряжений) на соответствующих сопротивлениях R1, R2 и R3 (рис.12).

Напряжение (или падение напряжения) – это разность потенциалов между двумя точками электрической цепи. Допустим, что указанные сопротивления равны между собой R1=R2=R3=R.

Какие напряжения покажут вольтметры V1, V2 и V3 Так как сопротивления составляют последовательную с источником цепь, то ток в этой цепи будет один – J. Согласно закону Ома, для участка цепи:

U=JR. Поэтому U1 = U2 = U3, или (JR1 = JR2 = JR3).

V Сумма этих напряжений равна R1 R2 R3 общему напряжению источника:

U=U1 + U2 + U3 = 300 В.

Таким образом, все три вольтметра покажут по 100 В.

V1 V2 V Рассмотрим другой вариант:

Рис.R1>R2>RКакой вольтметр покажет большее напряжение Т.к. ток в цепи один – J, то первый вольтметр покажет U1=JR1, второй – U2=JR2, третий – U3=JR3, т.е. напряжение будет большим на большем сопротивлении и U1 > U2 > UМожно подобрать такие сопротивления, чтобы U1=150 B, U2=100 B, тогда на 3-ем сопротивлении вольтметр покажет 50 В (300 В = 150 В + 100 В + 50 В).

Рассмотренная схема представляет так называемую схему делителя напряжения. Все напряжение источника можно разделить на 3 части:

равные по 100 В или неравные – 150 В, 100 В и 50 В. Точки a и b можно использовать в качестве источника питания в 100 В ( в одном случае) или 50 В ( другой случай).

Подбирая соответствующим образом сопротивления, общее напряжение источника (в нашем случае 300 В) можно разделить на необходимые по величине напряжения для питания разных схем.

Подчеркнем, что выше была рассмотрена схема делителя напряжения на 300 В 3-х сопротивлениях. Но число сопротивлений может быть любым – два, три, четыре и т.д.

Рассмотрим работу делителя напряжения, подключив к источнику вместо двух последовательно соединенных сопротивлений переменное сопротивление, Рис.или реостат. Все напряжение источника подается на две нижние (или постоянные) клеммы реостата (рис.13). Снимается напряжение также с 2-х клемм:

Pages:     | 1 | 2 || 4 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.