Аналоговые электроизмерительные приборы

ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени  первого Президента России Б.Н.Ельцина»

Механико-машиностроительный институт

Заочный факультет индивидуального  обучения

Кафедра Теория сварочного производства

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

По дисциплине «Методология»

Аналоговые электроизмерительные приборы

 

 

 

 

Преподаватель

________________________________        __________        Е.В. Вотинова

(должность, ученая степень, ученое  звание)       (подпись, дата)                (Ф. И. О.)

 

Студент

 гр. ОТСП - IV                05901101                  __________         А.С. Баженов

   (№ группы)                (№ зачет. книжки)          (подпись, дата)              (Ф. И. О.)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Екатеринбург

2012

 

 

Содержание

1. Введение                                                                                            3

2. Характеристики электроизмерительных приборов  4

3. Приборы магнитоэлектрической системы  7

4. Приборы электромагнитной системы  9

5. Приборы электродинамической системы  11

6. Амперметр  13

7. Ваттметр  15

8. Вольтметр  17

9. Заключение  18

10. Список литературы   19

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Введение

Измерением называется процесс сравнения путем физического эксперимента данной величины с некоторым ее значением, принятым за единицу. Устройства, воспроизводящие единица измерения, называются мерами. Устройства, при помощи которых производятся сравнения измеряемых величин с мерами, называют электроизмерительными приборами.

Степень приближения  результатов измерения к действительному  значению измеряемой величины зависит от достоверности воспроизведения мерами основных единиц, от точности измерительных приборов и от применяемых методов измерения.

Техника измерения имеет  исключительно важное значение: чем  достовернее результаты измерения, тем глубже познаются изучаемые процессы и тем быстрее развиваются наука и техника.

Современная наука и  техника немыслимы без измерительных  приборов. Только с помощью измерительных  приборов проверяется правильность научных выводов, испытываются машины, станки и автоматы, производится контроль и управление многими технологическими процессами.

Электрические измерения  все более и более проникают  во все области измерительной  техники, так как они наиболее просто, быстро, с большей точностью  и без нарушения нормальной работы устройств дают возможность производить измерения не только электрических, но и многих неэлектрических величин.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Характеристики электроизмерительных приборов

 

Электроизмерительным прибором называется устройство, предназначенное для измерения электрических величин тока – напряжения и т. п. Электроизмерительные приборы подразделяются на приборы непосредственной оценки и приборы сравнения. В приборах первого типа измеряемая величина считывается по показаниям предварительно проградуированных приборов, в приборах второго типа в процессе измерения производится прямое сравнение с эталонной мерой (мосты, компенсаторы).

Электроизмерительные приборы классифицируются по следующим основным признакам:

• по роду измеряемой величины: амперметры, вольтметры, омметры, счетчики, ваттметры и др.
• по роду тока: приборы постоянного тока, переменного тока, приборы постоянного и переменного тока
• по принципу действия: магнитоэлектрические, электромагнитные, индукционные, тепловые, электростатические, электродинамические и др.
• По степени точности: 0.1; 0.2; 0.5; 1.0; 1.5; 2.5; 4.0 классов. Приборы класса точности 0.1; 0.2; 0.5 применяются для точных лабораторных измерений и называются прецизионными.
• Принцип действия электроизмерительных приборов (обозначения даны в следующей таблице)

 

 

 

 

Система прибора

 

 

Электромагнитная 

 

 

Условное

обозначение

прибора 

 

 

 

 

 

 

 

Ток: 

 

 

 

Знак на шкале прибора

 

 

 

 

Магнитоэлектрическая

 

 

 

 

 

Электродинамическая

 

 

Индукционная

 

 

 

Вибрационная

 

 

Выпрямительная

 

 

 

 

 

Термоэлектрическая

 

 

 

 

 

 

Ферродинамическая

 

 

 

 

 

 

Электростатическая 

 

постоянный

 

переменный

 

трехфазный

 

Зажим:

 

общий

 

соединенный с корпусом

 

 

 

для заземления

 

 

Установка прибора:

 

вертикальная

горизонтальная

 

под углом

 

 

 

 

 

 

Измерительная цепь

изолирована от корпуса и

испытана напряжением 2

кВ. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

Из основных технических требований, предъявляемых к электроизмерительным приборам, следует указать на следующее: необходимо, чтобы прибор потреблял малую мощность и не вносил заметных изменений в электрическую цепь.

Электроизмерительные приборы состоят  из неподвижной и подвижной частей. При измерениях момент подвижной части уравновешивается противодействующим моментом пружины или какого либо другого устройства. При таком равновесии показатель прибора фиксирует определенный угол поворота. Устанавливая однозначную зависимость между углом поворота указателя прибора и численным значением измеряемой величины, можно построить шкалу, по которой производится отсчет измеряемой величины. Трение в опорах деталей влияет на показания прибора, т.е. вносит погрешность. Поправки к показанию прибора могут быть заранее определены путем соответствующей проверки данного прибора. Величина, численно равная отношению приращения угла поворота  подвижной части прибора к приращению измеряемой величины, называется чувствительностью прибора. Чем больше приращение угла отклонения при одном и том же приращении измеряемой величины, тем меньшие величины можно измерять прибором и тем выше чувствительность.

Шкала прибора служит  для проведения отсчета измеряемой величины. Цифры возле делений обозначают либо число делений от нуля шкалы, либо непосредственное значение измеряемой величины. В целях сокращения промежутка времени, необходимого для успокоения подвижной части прибора (после включения), имеются специальные тормозящие устройства (демпферы).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Приборы магнитоэлектрической системы

 

Принцип действия приборов магнитоэлектрической системы основан  на взаимодействии магнитного поля постоянного магнита с током, протекающим по обмотке легкой подвижной катушки (рамки).

На рис. 1 показана схема устройства приборов этой системы.

 Неподвижный подковообразный магнит А имеет выполненные из мягкого железа полюса В, которые охватывают сплошной железный сердечник С. Между сердечником и полюсами магнита имеется кольцевой зазор. На одной оси с сердечником находится подвижная легкая  прямоугольная рамка, имеющая обмотку из тонкого изолированного провода. Эта рамка может свободно вращаться в воздушном зазоре между сердечником и полюсами магнита. Рамка представляет собой основную часть подвижной системы, которая включает и указатель-стрелку S. Подвижная система с основным механическим приспособлением  состоит из спиральых пружин, выполненных из немагнитного материала, которые и служат для подвода тока к концам обмотки на рамке и для оказания противодействия вращению рамки.

В результате взаимодействия магнитного поля магнита с током возникает вращающий момент, под действием которого подвижная часть приборов проворачивается около оси. Противодействующий момент создается пружинами через которые подводится ток к обмотке.

 

Линейная зависимость между током и углом отклонения обеспечивает равномерность шкалы. Корректор позволяет изменить положение закрепленного конца одной из спиральных пружинок и тем самым производить установку стрелки прибора на нуль. В силу того, что каркас подвижной катушки сделан из алюминия, то возникающие в нем при движении в магнитном поле индуктивные токи создают тормозящий момент, что обусловливает быстрое успокоение.

Достоинствами магнитоэлектрических приборов являются: высокая чувствительность, точность показаний, чувствительность к внешним магнитным полям, малое потребление энергии, равномерность шкалы, апериодичность  (стрелка быстро устанавливается на соответствующее деление почти без колебаний). К недостаткам приборов этой системы относятся: возможность измерения только в цепи постоянного тока, чувствительность к перегрузкам.

Область применения магнитоэлектрических приборов весьма обширна. Они применяются в качестве амперметров, вольтметров постоянного тока, как при технических измерениях, так и при контрольных лабораторных измерениях. При непосредственном включении миллиамперметры и амперметры магнитоэлектрической системы позволяют измерять токи 1...1000 А, а с применением шунта – до нескольких тысяч ампер. Вольтметры этой системы при непосредственном включении  дают возможность измерять напряжение 0.1...600 В, а с применением дополнительного сопротивления – до 10000 В и более.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Приборы электромагнитной системы

 

Принцип работы приборов электромагнитной системы основан на взаимодействии  магнитного поля тока, протекающего по обмотке неподвижной катушки с подвижным железным сердечником, помещенным в это магнитное поле. На рис.2 показана схема устройства прибора электромагнитной системы.

Прибор состоит из прямоугольной катушки a с узкой щелью. Сердечник B изготовлен из мягкого железа и укреплен эксцентрично на оси. С осью сердечника скреплены: стрелка S, поршень воздушного успокоителя d и спиральная пружина f, создающая противодействующий момент.

Ток, протекающий по катушке a, образует внутри нее магнитное поле, под действием которого железный сердечник, поворачиваясь вокруг оси,  втягивается в щель катушки и увеличивается намагничивание железного сердечника.

При повороте сердечника поршень встречает сопротивление воздуха, вследствие его колебания подвижной части быстро затухают. Магнитное поле катушки и намагничивание железного сердечника пропорциональны току. Поэтому можно приближенно считать, что вращающий момент пропорционален квадрату тока M₁ =k₁I², где k₁– коэффициент пропорциональности, зависящий от конструкции прибора.

Противодействующий момент M2, создаваемый пружиной, пропорционален углу

поворота подвижной  части прибора: M2 =k2α, где k2 – коэффициент пропорциональности, зависящий от упругих свойств пружины.

Равновесие подвижной  части прибора определяется равенством моментов, действующих на нее в противоположных направлениях, т.е. M1=M2.

Следовательно, шкала  прибора неравномерная.

С изменением направления  тока меняется одновременно как направление магнитного поля, так и полярность намагничивания сердечника, поэтому приборы электромагнитной системы применяются для измерения как на постоянном, так и на переменном токе низкой частоты.