Приборы электростатического механизма

В электростатических механизмах перемещение подвижной части про­исходит под действием энергии электрического поля системы двух или не­скольких электрически заряженных проводников. Следовательно, в данном механизме в отличие от механизмов других систем перемещение под­вижной части осуществляется за счет действия непосредственно приложен­ного напряжения. Поэтому в основном электро­статические механизмы при­меняются в приборах, изме­ряющих напряжение, вольт­метрах.

Перемещение подвижной части во всех конструкциях электростатиче­ских вольт­метров связано с изменением емкости системы. Распро­странение получили два ви­да механизмов: изменение емкости в одних осуществ­ляется за счет изменения активной площади электродов, а в других – за счет измене­ния расстояния между электродами. Первые применяются в щитовых и пере­носных вольтметрах на на­пряжения от десятков до сотен вольт, вторые – в щито­вых киловольтметрах.

Устройство механизма с изменением активной пло­щади электродов схематически показано на рисунке 8.

Рисунок 8 – Электростатический измерительный механизм

Неподвижная часть состоит из симметрично расположен­ных и элек­трически соединенных электродов 1. Секторообразная пластина 2 вместе с указателем 3, укрепленная на оси, образуют подвижную часть. Под дейст­вием подведенного к электродам напряжения U создается электрическое поле. Силы электрического поля стремятся повернуть подвижную часть так, чтобы энергия электрического поля была наиболь­шей, т. е. чтобы подвижный электрод втягивался в пространство между не­подвижными электродами и поворачивал ука­затель. Подвижная часть может быть укреплена на опо­рах, растяжках или на подвесе, а в качестве указателя кроме стрелки применяют также световой луч. Электро­ды изготавливаются из алюминия.

В электростатических механизмах применяют боль­шей частью магни­тоиндукционные успокоители, реже – воздушные.

Собственное электрическое поле электростатического вольтметра не­значительное, поэтому на работу прибора сильное влияние оказывают внеш­ние электрические по­ля. Для уменьшения этого влияния приборы экрани­руют.

Чувствительность электростатических механизмов мала. Для ее повы­шения подвижную часть укрепляют на растяжках или на подвесе, применяют оптический све­товой отсчет, а также увеличивают емкость механизма, делая его многокамерным.

На электростатические вольтметры почти не влияют температура, час­тота и форма кривой приложенного на­пряжения и внешние магнитные поля.

Собственное потребление мощности вольтметра на переменном токе мало, а при включении в цепь постоян­ного тока равно нулю.

Перечисленные свойства электростатических вольт­метров обусловли­вают их применение в широком часто­тном диапазоне в маломощных цепях, а также в цепях высокого напряжения до сотен киловольт.

Порядок выполнения работы

1. По методическому пособию ознакомиться с принципом действия приборов магнитоэлектрической, электромагнитной, электродинамической, ферродинамической и электростатической систем.

2. Ознакомиться с таблицей условных знаков, которые наносятся на шкалы приборов.

3. По условным знакам определить основные технические характери­стики электроизмерительных приборов (задается преподавателем) и запол­нить таблицу 1.

Таблица 1

№ п/п	Назначение при­бора	Измеряемая ве­личина	Система	Род измеряемого тока	Предел измере­ний	Цена деления	Чувствитель­ность	Класс точности	Электрическая проч­ность изо­ляции	Рабочее положе­ние	Заводской номер

4. На разборных образцах электроизмерительных приборов изучить устройство магнитоэлектрической, электромагнитной и электродинамической систем. Уяснить принцип работы и взаимодействие их основных узлов. Рас­смотреть устройство стрелок с противовесами осей, противодействующих пружин, рамок, корректора.

5. Собрать разобранные приборы. Сравнить достоинства и недостатки изученных систем.

Контрольные вопросы

1. Что называется измерением? Какие измерения электрических вели­чин можно назвать прямыми, какие – косвенными?

2. Что называется электроизмерительным прибором?

3. Какие требования предъявляются к электроизмерительным прибо­рам?

4. По каким признакам классифицируются электроизмерительные при­боры?

5. Что называется классом точности электроизмерительного при­бора?

6. Что называется абсолютной и относительной погрешностью при­бора?

7. Как определяются чувствительность и цена деления прибора?

8. Устройство измерительных приборов магнитоэлектрической сис­темы, их достоинства, недостатки и область применения.

9. То же для приборов электромагнитной системы.

10. То же для приборов электродинамической и ферродинамической системы.

11. То же для приборов электростатической системы.

Приложение

Условные обозначения, наносимые на электроизмерительные приборы и вспомогательные части

Обозначения даны согласно ГОСТ 1845-90

1. Обозначение принципа действия прибора

Магнитоэлектрический прибор с подвижной рамкой
Электромагнитный прибор
Электродинамический прибор
Ферродинамический прибор
Индукционный прибор
Электростатический прибор
Вибрационный прибор
Тепловой прибор (с нагреваемой проволокой)

2. Дополнительные обозначения по виду преобразования

Термопреобразователь изолированный
Термопреобразователь неизолированный
Выпрямитель полупроводниковый
Электронный преобразователь

3. Дополнительные обозначения по защите от магнитных и электриче­ских полей

Защита от внешних магнитных полей (1 категория защищенности)
Защита от внешних электрических полей

4. Обозначения класса точности, положения прибора, прочности изоляции

Класс точности прибора, например 1,5	1,5
Прибор применять при горизонтальном положении шкалы
Прибор применять при вертикальном положении шкалы
Прибор применять под определенным углом шкалы к горизонту
Измерительная цепь изолирована от корпуса и испытана напряжением, например 2 кВ
Прибор испытанию прочности изоляции не подлежит
Осторожно! Прочность изоляции измерительной цепи по отношению к корпусу не соответствует нормам (знак красного цвета)
Внимание! Смотри дополнительные указания в паспорте и инструкции прибора

5. Примеры использования различных значений влияющей величины, например, частоты

Нормальное (номинальное) значение	500 Hz
Нормальная (номинальная) область	45-500 Hz
Номинальное значение (подчеркнуто)	20-50-120 Hz
Расширенная область (подчеркнуто)	15-45-65 Hz
Номинальная область (подчеркнуто)	40-60-120 Hz

6. Обозначение зажима

Отрицательный зажим	_
Положительный зажим	+
Общий зажим (для многопредельных приборов переменного тока и комбинированных приборов)	*
Зажим, соединенный с корпусом
Зажим (винт, шпилька) для заземления

7. Условные обозначения вспомогательных частей соединительных проводов и сопротивления внешней цепи

Сопротивление добавочное	ДС
Сопротивление добавочное калиброванное, например 300000 Ом, 5 мА	ДС 300 кΩ 5 мА
Шунт отдельный (наружный)	НШ
Шунт отдельный, комбинированный, например, 75 мВ	НШ 75 mV
Трансформатор тока (общее обозначение)	ТТ
Трансформатор напряжения (общее обозначение)	ТН
Трансформатор напряжения измерительный, например, 6000 В/100 В	ТН
Добавочное устройство	ДУ
Термопреобразователь	ТП
Термопреобразователь комбинированный, например, 10 мВ	ТП 10 mV
Провода соединительные сопротивлением, например, 0,14 Ом	СП 0,14 Ω
Провода соединительные калиброванные	КП

8. Заводские обозначения электроизмерительных приборов

Вибрационные приборы	В
Генераторы, предназначенные для работы в схемах измерения	Г
Электродинамические и ферродинамические приборы	Д
Приборы индукционной системы и измерительные трансформаторы	И
Комплекты измерительных приборов	К
Самопишущие приборы	Н
Источники питания электроизмерительных приборов	П
Измерительные установки	У
Электронные и транзисторные приборы	Ф
Приборы электромагнитной системы	Э
Электрические приборы для измерения света	Ю

Список использованной литературы

1. Аналоговые электроизмерительные приборы. Под ред. Преобра­жен­ского А.А., М.: Высшая школа, 1979.

2. Атамалян Э.Г. Приборы и методы измерения электрических вели­чин. М.: Высшая школа, 1982.

3. Касаткин А.Г. Основы электротехники. М.: Высшая школа, 1973.

4. Куликовский К.П. Методы и средства измерений., М.: Энергоатом­издат, 1986.

5. Основы метрологии и электрические измерения. Под ред. Е.М. Ду­шина, Л.: Энергоатомиздат, 1987.

6. Спектор С.А. Электрические измерения физических величин. Л.: Энергоатомиздат, 1987.

7. Электрические измерения. Под ред. А.В. Фремке и Е.М. Душина, Л.: Энергия, 1980.

8. Электрические измерения. Под ред. Малиновского. М.: Энергоиздат, 1985.