Классификация электроизмерительных приборов

Электроизмерительные приборы классифицируют по следующим признакам:

1. По роду измеряемой величины:

- для измерения тока — амперметры, миллиамперметры, гальванометры;

- для измерения напряжения — вольтметры, милливольтметры, гальванометры;

- для измерения мощности — ваттметры, киловаттметры;

- для измерения энергии — счетчики;

- для измерения сдвига фаз и коэффициента мощности — фазометры;

- для измерения частоты — частотометры;

- для измерения сопротивлений — омметры и мегомметры и т. д.

2. По роду измеряемого тока:

- постоянного,

- переменного,

- постоянного и переменного токов,

- а также в трёхфазных цепях.

3. По степени точности: приборы делят на восемь классов точности - 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5 и 4,0. Номер класса означает процент допустимой приведённой погрешности.

Так, приборы класса точности 1,5 имеют допустимую приведенную погрешность 1,5% и т. д. Приборы, имеющие погрешности более 4,0%, считаются внеклассными (это щитовые и учебные приборы и т. д.). Приборы классов точности 0,05; 0,1; 0,2 и 0,5 используются для более точных измерений как контрольные (для проверки других приборов) и как лабораторные.

4. По принципу действия:

- магнитоэлектрические,

- электромагнитные,

- электродинамические,

- индукционные,

- тепловые,

- термоэлектрические,

- электростатические,

- электронные,

- электролитические,

- фотоэлектрические.

Согласно ГОСТу, электроизмерительные приборы должны удовлетворять следующим требованиям:

а) погрешность прибора не должна превышать его класс точности и изменяться в процессе эксплуатации;

б) на показания прибора не должны влиять внешние электрические поля и изменения температуры;

в) шкала или её рабочая часть должны быть по возможности равномерной и проградуированной в практических единицах;

г) прибор должен иметь хорошую успокоительную систему, чтобы колебания стрелки прибора быстро прекращались (затухали);

д) прибор должен быть стойким к перегрузкам и иметь хорошую изоляцию.

2.4. ОСНОВНЫЕ ДЕТАЛИ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

Устройство для создания противодействующего момента. Принцип работы большинства электроизмерительных стрелочных приборов основан на повороте подвижной их части под действием вращающегося момента. Последний создается током, связанным определённой зависимостью с измеряемой электрической величиной.

Если этому повороту ничем не противодействовать, то подвижная часть прибора либо повернётся на наибольший возможный угол, либо придёт в ускоренное движение.

Противодействующий момент у большинства приборов создается закручивающейся упругой бронзовой пружиной 1 (рис. 2-1), концы которой прикреплены один — к оси подвижной части прибора 2, а другой — к неподвижной части прибора (к вилке пружинодержателя) 3. Очевидно, что, чем больше ток, проходящий через прибор, тем больше вращающий момент, действующий на подвижную часть прибора. Под действием этого вращающего момента подвижная часть прибора поворачивается, закручивая спиральную пружину. Пружина, в свою очередь, препятствует этому повороту. Поворот будет происходить до тех пор, пока вращающий и противодействующий моменты не сравняются: Кроме того, спиральная пружина возвращает подвижную часть прибора в первоначальное (нулевое) положение после того, как прибор выключен из цепи.

Рис. 2-1

Для уравновешивания стрелки прибора иногда применяют грузики 4 (противовесы), навинченные на стержни с мелкой резьбой, посредством которой можно изменять расстояние грузиков от оси вращения.

Для установки стрелки прибора против нулевого деления служит корректор, состоящий из поводка 5 и винта 6. Эксцентрично поворачивающийся выступ винта 6 изменяет положение пружино-держателя 3 и одного конца спиральной пружины 1, поворачивая тем самым стрелку 7 в нужную сторону. У многих приборов по две противодействующих пружины. Они помещаются либо рядом, либо у концов оси подвижной системы.

Шкалы приборов. Шкала прибора служит для отсчёта значений измеряемой величины. Кроме того, на шкалу обычно наносят условные обозначения, соответствующие характеристикам данного прибора (род измеряемой величины, род тока, класс точности, принцип действия и т. д.).

В многопредельных приборах шкала имеет определённое число условных делений, по которым путём пересчёта определяют измеряемую величину в нужных единицах. Шкалы других приборов градуируют непосредственно в значениях измеряемой величины, — это шкалы непосредственного отсчёта.

Различают равномерные и неравномерные шкалы. Достоинством равномерной является постоянство масштаба вдоль всей шкалы, что обеспечивает простоту отсчёта измеряемой величины в любой части шкалы.

Обычно в стрелочных приборах стрелка находится на некотором расстоянии от шкалы, а для снятия показаний приборов приходится проецировать положение стрелки на шкалу. При этом положение проекции стрелки зависит от угла между лучом зрения на стрелку и плоскостью шкалы, т. е. от положения глаза относительно стрелки и шкалы. Этот угол должен быть прямым. На практике трудно добиться такого угла, поэтому получается так называемая погрешность от параллакса (параллакс — видимое смещение предмета из-за перемены места наблюдения). Для устранения этой параллактической погрешности на шкалах наиболее точных приборов укрепляют плоскую зеркальную пластину (рис. 2-2). Отсчёт показаний снимают одним глазом, причём глаз располагают относительно стрелки и шкалы так, чтобы стрелка и её изображение в зеркале сливались воедино.

Рис. 2-2

Успокоители. Подвижную часть прибора с противодействующей спиральной пружиной можно рассматривать как некоторую колебательную систему. В самом деле, при включении прибора в цепь подвижная его часть под действием толчка, создаваемого быстро нарастающим вращающим моментом, поворачивается, но не сразу может остановиться в положении, в котором вращающий и противодействующий моменты равны (подобно тому, как маятник не в состоянии остановиться, проходя через положение равновесия). Подвижная часть прибора будет совершать затухающие колебания, и для снятия показаний необходимо некоторое время для полной остановки его стрелки.

Для быстрой остановки подвижной части прибора применяют специальные устройства — успокоители. Наиболее распространёнными успокоителями являются воздушные и магнитоиндукционные.

Воздушный успокоитель представляет собой дугообразный цилиндр 1 (рис. 2-3, а), запаянный с одного конца. Внутри цилиндра находится поршень 2. Он жёстко связан с подвижной частью прибора и не касается стенок цилиндра. Зазор между поршнем и цилиндром невелик и при быстрых перемещениях поршня давление внутри цилиндра не успевает выровняться с атмосферным. В цилиндре создаются то сгущения, то разрежения воздуха, которые препятствуют движению поршня и тем самым быстро успокаивают подвижную систему. При медленном же движении поршня часть воздуха может свободно входить в цилиндр и выходить из него через зазор, не препятствуя поворотам подвижной части прибора.

Рис. 2-3

Иногда воздушный успокоитель имеет форму замкнутой коробочки со щелью (рис. 2-3, б). Эта щель служит для перемещения рычага 1, на котором укреплена пластинка 2. Последняя не касается стенок коробочки и выполняет ту же роль, что и поршень. При движении пластинки в коробочке одновременно действуют и сгущения (по одну сторону пластинки) и разрежения (по другую сторону), препятствующие колебаниям.

Магнитоиндукционный успокоитель представляет собой перемещающуюся между полюсами постоянного магнита М (рис. 2-3, в) лёгкую алюминиевую пластину А, жёстко связанную с подвижной системой прибора. При колебаниях пластинки в магнитном поле постоянного магнита в соответствии с законом Ленца в ней индуцируются токи, препятствующие этим колебаниям, поэтому колебания подвижной системы и стрелки быстро прекращаются.

Астатические измерительные приборы применяют для устранения влияния внешних магнитных полей на показания электромагнитных и электродинамических приборов. Астатический прибор — это совокупность двух измерительных механизмов, подвижные системы которых объединены в одном приборе и воздействуют на одну и ту же ось со стрелкой. При этом измерительные механизмы расположены так, что под действием внешнего поля вращающий момент одного из них увеличивается, тогда как другого на столько же уменьшается, а общий вращающий момент, действующий на всю подвижною систему прибора, остается неизменным. На рисунке 2-4 показано устройство астатических электромагнитного (а) и электродинамического (б) механизмов.

Рис. 2-4

Условные обозначения на шкалах электроизмерительных приборов. Для правильного выбора приборов и их эксплуатации согласно ГОСТу 2.729-68 на шкалах изображают следующие обозначения:

1) Условное обозначение единицы измерения (или измеряемой величины) либо начальные буквы наименования прибора (табл. 2.1).

Таблица 2.1

2) Условное обозначение системы прибора (табл. 2.2).

Таблица 2.2

3) Условные обозначения рода тока и числа фаз, класса точности прибора, испытательного напряжения изоляции, категории прибора по степени защищенности от внешних магнитных полей.

Таблица 2.3