Приборы электростатической систем.

Действие электростатического прибора (в дальнейшем ЭС - прибора) основано на использовании силы, возникающей между пластинами воздушного конденсатора, заряды на которых имеют разные знаки. Схематический чертеж ЭС - прибора представлен на рис.31. Измеряемое напряжение u(t) прикладывается к неподвижным и подвижным пластинам, которые под действием указанной силы втягиваются в пространство между неподвижными пластинами. Вращающий момент пропорционален квадрату напряжения и содержит поэтому постоянную и переменную составляющую. Частота первой гармоники переменной составляющей в два раза больше частоты первой гармоники измеряемого напряжения. В силу инерционности подвижной части переменная составляющая вращающего момента фильтруется, и подвижная часть отклоняется на угол, пропорциональный постоянной составляющей, то есть среднему значению вращающего момента:

,

где T - период измеряемого тока, - постоянный коэффициент.

Устройство и принцип действия ЭС - прибора говорят о том, что ЭС - прибором может быть только вольтметр, обеспечивающий измерение постоянного напряжения и действующего значения переменного напряжения. ЭС - вольтметр выделяется среди вольтметров всех систем, в том числе и электронных, своим экстремально высоким сопротивлением, которое при измерении постоянного напряжения равно сопротивлению изоляции. При измерении переменного напряжения собственное сопротивление ЭС-вольтметра опреде­ляется его емкостью, не превышающей нескольких сот пикофарад.

Основным недостатком вольтметров электростатической системы является низкий вращающий момент, из-за чего диапазон измеряемых напряжений ограничен снизу значением 30 В, и он может применяться только при условии защиты от вибраций и тряски.

С другой стороны, вольтметры электростатической системы обеспечивают измерение высоких напряжений до 300 кВ без использования делителя напряжения и практически без собственного потребления мощности от объекта.

Достигнутый предел допускаемой основной приведенной погрешности ЭС вольтметров - 0,5%. Частотный диапазон: 0 Гц, 40¸ Гц.

6. Приборы электродинамической системы. Логометры.?

Измерительные механизмы логометров электродинамической системы имеют различное устройство. Схема одного из них дана на рис. 2.2.2. Взаимодействие тока I, проходящего по неподвижной катушке А, состоящей из двух частей, с токами I1 и I2, проходящими по подвижным катушкам 1 и 2, создает два вращающих момента М1 и М2, направленных в разные стороны. Разность этих моментов вызывает поворот подвижной части на угол, при котором вращающие моменты взаимно уравновесятся.

В этом случае М 1ср = М 2ср или

,

где y1 – сдвиг фаз между токами I и I1;

y2 – сдвиг фаз между токами I и I2.

Написанному выражению можно придать другой вид: или . Это выражение показывает, что угол поворота подвижной части логометра определяется отношением слагающих токов в подвижных катушках, совпадающих по фазе с током в неподвижной катушке (рис. 2.2.2, векторная диаграмма).

Отсутствие стальных деталей в измерительном механизме, а, следовательно, отсутствие погрешности от гистерезиса и вихревых токов делает возможным изготовлять механизмы этой системы, обеспечивающие высокую точность измерений. Слабое магнитное поле электродинамических механизмов обеспечивает получение только небольших вращающих моментов, что требует уменьшения трения в опорах и погрешности от трения. Уменьшение погрешности достигается возможным уменьшением массы подвижной части, тщательным подбором материалов для опор и осей и соответствующей их обработкой. Все это, с одной стороны, повышает стоимость прибора, с другой, приводит к повышенной чувствительности механизма к перегрузкам и механическим воздействиям. Следовательно, эти механизмы требуют особого ухода и обслуживания.

Слабое магнитное поле этих измерительных механизмов делает их чувствительными к влиянию внешних магнитных полей, как это имело место в электромагнитных измерителях. Для уменьшения этой чувствительность применяются астатирование и экранирование. У экранированных приборов измерительный механизм закрывается железным кожухом, по которому замыкаются внешние магнитные поля.

Погрешность от влияния внешних магнитных полей может быть определена изменением направления тока в обеих катушках (переключением подводящих проводов) без изменения места расположения прибора. Действительное показание прибора определяется как полусумма показаний до и после переключения проводов.

Влияние внешних магнитных полей почти полностью исключается в астатических приборах. Астатический измерительный механизм содержит две пары катушек. Поля неподвижных катушек направлены взаимно противоположно. Также противоположно направлены токи в подвижных катушках, поэтому вращающие моменты, действующие на подвижные катушки, направлены одинаково. Внешнее однородное поле, уменьшая вращающий момент, действующий на одну катушку, на столько же увеличивает вращающий момент, действующий на вторую катушку.

Показания электродинамических приборов при измерениях в сетях переменного и постоянного тока одинаковы.

В неподвижной катушке имеется большое количество витков, поэтому потребление мощности приборами сравнительно велико: у амперметров 5 – 10 Вт, у вольтметров (с пределами измерений до 300 В) 7 – 15 Вт.

Сравнительно высокая точность электродинамических приборов (по точности измерений в сетях переменного тока они стоят на первом месте) обеспечила их широкое применение главным образом при измерениях в лабораторных условиях, а также при градуировке и проверке приборов переменного тока других систем.

Электродинамические приборы используются в качестве амперметров, миллиамперметров, вольтметров, ваттметров, варметров, фазометров и частотомеров.

7. Приборы индукционной системы.?

Приборы индукционной системы

Приборы индукционной системы чаще всего применяют в качестве ваттметров и счетчиков электрической энергии. Электромагниты создают магнитные потоки Ф1 и Ф2, которые пронизывают алюминиевый диск, образуя в нем вихревые токи. В результате взаимодействия потоков и токов возникают силы F1 и F2, поворачивающие диск. Постоянный магнит создает тормозной момент. В отличие от рассмотренных ранее приборов в счетчиках диск может вращаться на неограниченный угол. Энергия, которая прошла через счетчик, отсчитывается по частоте вращения диска.

По назначению различают электроизмерительные приборы стационарные (щитовые), жестко установленные на оборудовании и переносные. Пределы их измерения выбирают с учетом возможных наиболее длительных отклонений измеряемых величин от номинальных. На щитовых приборах необходимо наносить красную черту, соответствующую предельно допустимому значению измеряемой величины.

Во время наладочных работ и в процессе эксплуатации требуется производить различные измерения. При отсутствии стационарных электроизмерительных приборов измерения выполняют с помощью переносных. Для измерения тока и напряжения в цепях постоянного и переменного тока применяют переносные амперметры и вольтметры электромагнитной системы с непосредственным отсчетом. Эти приборы имеют несколько пределов измерений. Если порядок измеряемой величины известен, переключатель устанавливают в положение, соответствующее ей, если порядок неизвестен,—в положение, соответствующее пределу измерения во избежание повреждения прибора. Хорошо это описано на сайтеэлектролаборатории ВОЛЬТ-СПБ .

При необходимости измерения переменного тока без разрыва цепи используют электроизмерительные клещи. Силу тока измеряют с помощью трансформатора тока, первичной обмоткой которого является шина или провод. Провод охватывается разъемным магнитопроводом, а к вторичной обмотке подсоединяется амперметр, имеющий несколько пределов измерений и устанавливаемый на рабочей части клещей. Запрещается применять электроизмерительные клещи с вынесенным амперметром. При выполнении измерений не следует наклоняться к амперметру во избежание случайного касания открытых токоведущих частей. Электроизмерительные клещи используют в сетях напряжением до 10 кВ.

Для более точного определения характера нагрузки и выявления колебаний напряжения, когда возникает необходимость в измерении и непрерывной записи электрических величин, служат самопишущие приборы.