Электротехнический-портал.рф

Для измерения напряжений и тока используют вольтметры и амперметры. В измерительных механизмах этих приборов угол отклонения подвижной части  является функцией электрической величины у, непосредственно воздействующей на ме­ханизм: =f(y). Такой величиной  будет или ток, или произ­ведение токов, и только в электростатическом механизме - напряжение.

Сам по себе электроизмерительный механизм - это простейшая цепь, имеющая ограниченную область применения. Границы использования этого механизма могут быть расши­рены путем усложнения его измерительной цепи, т.е. путем добавления различных вспомогательных элементов (доба­вочных сопротивлений, шунтов, измерительных трансфор­маторов и прочих измерительных преобразователей).

Цепь вольтметра.

Простейшая измерительная цепь -цепь вольтметра, состоит из измерительного механизма ИМ и добавочного сопротивления Rq (рис 3.2).

Измерительную цепь можно представить в виде четы­рехполюсника (рис 3.3), на вход которого действует величи­на х, а на выходе функционально связанная с ней величина у, воздействующая на измерительный механизм.

Функциональная зависимость угла отклонения подвижной части от изменения измеряемой величины х создается посредством измерительной цепи:

В вольтметре на вход (х), подается напряжение U. Выходной величиной - функцией у - является ток I_о, создающий вращающий момент.

При расширении пределов измерения учитывается температурное влияние, собственное потребление мощности прибором, изоляция электрической цепи и т.д.

Пример. Определить значение сопротивления добавочного резистора в цепи магнитоэлектрического вольтметра (рис 3.2), если для расширения пределов измерения напряже­ния до 15В, ток полного отклонения рамки измерительного механизма вольтметра I_о=50 мкА, внутреннее сопротивление R_o=l кОм.

Решение. Измеряемое напряжение U разделяется на два напряжения: падение напряжения на сопротивлении U_Rq и напряжение на зажимах измерительного механизма U₀. Напряжение на зажимах измерительного механизма при пол­ном отклонении стрелки

Uo=IoRo=50 · 10^-6 · 1 · 10³=50 · 10^-3 В.

При включенном добавочном сопротивлении тот же ток должен проходить через вольтметр. Тогда

Ответ. Rq=299 кОм.

Цепь амперметра.

Следующая простейшая измерительная цепь - амперметр, состоит из измерительного механизма, и сопротивле­ния шунта Rш (рис. 3.4).

Величиной х является ток I, величиной у - ток I₀, который определяют по формуле

где Rш - сопротивление шунта. Для изменения пределов надо Rш подобрать так, чтобы при I’=nI, I_о оставалось неизменным:

где - коэффициент шунтирования.

Пример. Определить сопротивление шунта, подключенного к миллиамперметру с током полного отклонения Iо=750 А (рис. 3.4), если необходимо получить амперметр с пределом измерения I=30 А?

Сопротивление миллиамперметра Ro=0,5 Ом.

Решение. Сопротивление шунта найдем исходя из условия неизменности тока I₀:

Ответ. R_Ш=12,8 · 10^-3 Ом.

Особенности расширения пределов измерения у электромеханических приборов.

Сочетание магнитоэлектрического механизма с измерительной целью является основой много­численных конструкций магнитоэлектрических приборов для различных видов измерений.

Наиболее простую схему имеют микро- и миллиамперметры. Она заключается в том, что весь ток пропускается по рамке измерительного механизма. Температурная погреш­ность в данном случае не возникает. Верхний предел измере­ния достигает 40+50 мА.

Для измерения больших токов применяются шунты. Измеряемый ток распределяется по двум ветвям: по обмотке рамки и по шунту. При изменении температуры окружающей среды про­исходит перераспределение токов. Для компенсации температур­ной погрешности принимаются специальные меры.

Если прибор работает как вольтметр, то последовательно рамке из меди или алюминия подключено добавочное сопротивление из манганина (его температурный коэффици­ент очень мал) и изменение сопротивления рамки при изме­нении температуры практически не сказывается на показа­ниях прибора.

Электромагнитные приборы.

Электромагнитные приборы - амперметры - имеют наи­более простую схему включения. Весь ток проходит через измерительный механизм. У однопредельных приборов одного и того же типа расширение пределов осуществляется путем изменения числа витков катушки при постоянном общем числе ампер-витков (IW). С увеличением тока количество витков уменьшают, и при токе, равном 200-250 А, ка­тушкой будет служить один виток медной шины.

При больших значениях тока применяются трансформаторы тока. Шунты не применяются из-за малой чувстви­тельности этих механизмов, что приводит к увеличению раз­меров шунтов и потребляемой ими мощности.

У многопредельных приборов катушки состоят из секций, которые могут включаться последовательно-параллельно.

При расширении пределов измерения вольтметров измерительные катушки и добавочные сопротивления соединяют последовательно.

У каждого электромеханического прибора различных систем (магнитоэлектрической, электро­магнитной, электродинамической, ферродинамической и электростатической) есть свои особенности расширения пределов измерения.

Для измерения напряжений свыше 600 В применяют трансформаторы напряжений.

В электродинамических и ферродинамических приборах для измерения токов до 0,5 А последовательно соединя­ют подвижную и неподвижную катушки. Для больших токов катушки соединяют параллельно.

Для расширения пределов измерения неподвижные катушки разбивают на секции или применяют трансформаторы тока.

У вольтметров подвижную и неподвижную катушки соединяют последовательно с добавочными сопротивлениями.

Электростатические приборы.

Электростатические приборы изготовлены как вольтметры. Для расширения верхних пределов измерения электростатических вольт­метров применяют емкостный делитель напряжения (рис 3.5).

В этом случае Параметры емкостного делителя выбираются так, чтобы отвечали условию с_в<<с₁.