Магнитоэлектрический измерительный механизм: схема, поясняющая принцип действия, достоинства и недостатки, условное обозначение, области применения.



Шунты: назначение, принцип действия, расчетные формулы. Причины, ограничивающие область применения шунтов при измерении больших токов?

Шунты используют для уменьшения силы тока протекающего через прибор в заданное число раз. Такая задача возникает при расширении пределов измерения амперметров.

Шунт – это резистор, подключаемый параллельно амперметру для уменьшения, протекающего через него тока в определенное число раз.

;

- сопротивление амперметра;

n – коэффициент шунтирования.

;

I – измеряемый ток;

 - ток полного отклонения амперметра.

В основе принципа действия шунта лежит первый закон Керхгорфа.

Шунты изготавливают манганина: Сu 85% - 89%; Ni – 2 – 3%; Mn – 11 -13 %.

Шунты могут быть внутренние и наружные. Наружные шунты применяют для токов I < 7,5 кА, внутренние при токах I < 30А.

Шунты могут быть одно и много предельными и имеют класс точности от 0,02…0,5. В основном шунты применяют для расширения пределов магнитоэлектрических амперметров ( ). Шунты не используются на переменном токе из-за дополнительной погрешности от изменения частоты тока. Использование шунтов ограниченно невозможностью и нерациональностью изготовление резисторов с очень малым сопротивлением.


Делители напряжения: назначение, принцип действия, расчетные формулы. Причины, ограничивающие области применения делителей напряжения при измерении больших напряжений?

Делитель напряжения – это резистивное электрическое устройство для уменьшения напряжения в определенное число раз.

Делитель изготавливают в виде резисторов из манганина с классом точности 0,0005…0,01. Примером делителя служит добавочный резистор (расширение пределов вольтметров).

;

Сопротивление добавочного резистора находят по формуле:

;

 - сопротивление вольтметра;

m – коэффициент деления.

;

U – измеряемое напряжение;

 - напряжение полного отклонения вольтметра.

В отличии от шунтов сопротивление добавочных резисторов очень большое. Добавочные резисторы используют в цепях постоянного и переменного тока частотой f < 20 кГц; предельно измеримое напряжение =30 кВ. Использование добавочных резисторов ограниченно потребляемой ими мощностью.


Измерительные приборы: определение, способы классификации. Классификации аналоговых и цифровых приборов электрических величин?

Измерительный прибор – средство измерение, предназначенное для получения измеряемой величины в установленном диапазоне.

Отличительной особенностью прибора является наличие отсчетного устройства.

Классификацию приборов можно разделить по разным признакам:

  1. По способу измерений – приборы прямого действия и приборы сравнения.
  2. По способу отсчета значения измеряемой величины – приборы показывающие и регистрирующие (самопишущие и печатающие).
  3. По принципу действия – приборы усредняющие и суммирующие.

Показания усредняющих приборов пропорциональны средневзвешенному значению измеряемой величины определяющееся за известное время. Показания суммирующих приборов пропорционально количеству единиц измеряемой величины поступивших на вход прибора.

  1. По форме представления показаний – приборы аналоговые и цифровые, а также скомбинированной формы показаний.
  2. По виду измеряемой величины – приборы не электрических величин и приборы электрических величин.

Классификация приборов электрических величин.

 Способы классификации делятся на: общие и специальные.

Общие способы рассмотрены выше.

Специальные способы классификации:

  1. По конструктивно-эксплуатационным признакам.

  1. При классификации приборов по назначению – различают:  амперметры, вольтметры и т.д.

Не зависимо от вида электроизмерительного прибора главным источником информации об измерительной величине является сигнал измерительной информации.


4. Электрический сигнал измерительной информации: определение, способы классификации, примеры различных видов сигналов.

Сигнал как материальный носитель информации представляет собой физический процесс один из параметров, которого функционально связан с измеряемой величиной. Такой параметр называется информационным параметром сигнала. Остальные параметры сигнала называются неинформативными.

Информационными параметрами электрического сигнала могут быть:

1. Мгновенные звенья постоянных токов и напряжений.

2. Амплитудные звенья переменных токов и напряжений.

3. Средние взвешенные значения переменных токов и напряжений (среднее, средневыпрямленное, среднеквадратическое или действующее).

4. Частота, период, фаза, переменных токов и напряжений.

Любой сигнал измерения можно представить в виде совокупностей преобразователей для которого из которого есть информационный параметр.

Структурная схема цифрового термометра:

V - термопара (первичный преобразователь температуры), У – усилитель, АЦП - аналого-цифровой преобразователь, МП – микропроцессор, ОУ - отсчетное устройство,

Для каждого из этих преобразователей есть свой информационный параметр сигнала измерительной информации:

t – температура, e - значение ЭДС, u - значение напряжения, n - значение двоичного цифрового кода, - значение десятичного унитарного цифрового кода, - значение десятичного цифрового кода в С

Каждый преобразователь передает сигнал следующему и преобразует один параметр сигнала в другой.

Существует несколько способов классификации электрического сигнала:

По характеру изменения во времени сигнал может быть непрерывным (аналоговым) или цифровым.

Цифровой сигнал может быть дискретным, если он прерывистый по времени; квантованным, если сигнал непрерывно изменяется во времени и принимает дискретные значения по амплитуде.

Цифровой сигнал может быть также кодовым, если он дискретный по времени и квантованный по уровню значений параметра.

 

 

По способу математического описания сигналы делят на: детерминированные, случайные.

Детерминированные сигналы изменяются по известному закону, который может быть периодическим и непериодическим.

 

1 – синусоидальный

2- несинусоидальный

 

 

1 – почти периодический

2 - переходной

Случайный сигнал изменяется по неизвестным законам, для их описания используют теории вероятности. Стационарный случайный сигнал, если неизменные во времени статические свойства, т.е. сигнал может принять любое мгновенное значение по его среднее значение мгновенный значений остаются постоянными.

- разброс значений величины около среднего

Стационарный сигнал может быть эргодическим, если его статические свойства можно оценить по одной реализации или неэргодическим, если для оценки статических свойств нужно несколько реализаций. Не стационарный случайный сигнал имеет переменные во времени статические свойства.


5. Информативные параметры постоянного и периодического сигналов измерительной информации: виды параметров и их характеристика.

В электроизмерительных приборах наиболее широко используют:

1. Неизменные во времени сигналы, то есть постоянные.

2. Периодические сигналы.

Примерами неизменных сигналов является постоянное напряжение и постоянный ток.

Такой сигнал имеет только один информативный параметр мгновенное значение – значение в произвольный момент времени. Периодические сигналы имеют больше информативных параметров.

1. U(t) – мгновенное значение сигнала.

2. Амплитудное значение сигнала  и - .

3. Размах сигнала ; .

4. Период сигнала – T.

5. Частота сигнала f=1/T [Гц].

6. Угловая скорость изменения сигнала .

7. Начальная фаза сигнала - . Угол между начальным значением сигнала и начальным моментом времени

8. Постоянная составляющая сигнала.  - среднее значение сигнала за период.

 

9.  - переменная составляющая сигнала – разность между мгновенным значением сигнала и его постоянной составляющей.

10. Средневыпрямленное значение сигнала  - среднее значение модуля сигнала за период.

Оно может быть: а) однополупериодным

б) двухполупериодным

11. Среднеквадратическое (действующее) значение сигнала. U – среднее значение квадрата сигнала за период

Где  - действующее значение i-ой гарминики сигнала. Действующее с средневыпрямленные значения сигнала взаимосвязаны

12. Коэффициент формы сигнал:

13. Коэффициент амплитуды сигнала:

Спектр частот электрического сигнала условно разделяют на несколько под диапазонов: 

1) Инфронизкие f<20Гц; 2) Низкие 20Гц<f<200кГц; 3) Высокие 200кГЦ<f<50МГц; 4) Ультравысокие 50МГц<f<300МГц; 5) Сверхвысокие f>300МГц

6. Информативные параметры импульсного сигнала измерительной информации: определение прямоугольного импульса, виды параметров и их характеристика.

В электроизмерительных приборах наиболее широко используют импульсные сигналы.

Импульсные сигналы – это сигналы которые отличаются от нуля в течении ограниченного интервала времени.

Форма импульсов может быть разной: прямоугольной, трапециидальной, пилообразной, треугольной и т.д.

Наиболее часто встречаются прямоугольные импульсы. Импульс называется прямоугольным, если длительность плоской части его вершины составляет не менее 0,7 длительности импульса от считанной на уровне 0,5 амплитуды импульса.


            

Идеальный прямоугольный импульс

Реальный прямоугольный импульс

 

 - длительность импульса и паузы

 - период импульса сигнала

 - длительность фронта или время нарастания импульса в интервале (0,1…0,9)

- длительность среза или время спада в интервале (0,0…0,1)

- выброс на вершине импульса и в паузе

 - неравномерность вершины импульса

 - скважность импульса. Важна для оценки энергии импульсного сигнала.

- среднеквадратическое значение импульсного сигнала

Постоянная оставляющая импульсного сигнала.

 

 


Магнитоэлектрический измерительный механизм: схема, поясняющая принцип действия, достоинства и недостатки, условное обозначение, области применения.

МЭИМ распространен очень широко благодаря исключительно высокой чувствительности к силе тока. Условное обозначение:

1 – постоянный магнит

2 - концентраторы магнитного поля

3 – барабан

4 – алюминиевый каркас с катушкой

5 – указатель

6 - спиральная пружина

7 – выводы для подключения тока

 

В основе принципа действия лежит закон ампера, согласно которому при взаимодействии электрического и магнитного поля выделяется механическая энергия. При протекании тока в катушке 4, она начинает отклоняться вплоть до максимального значения. Конструкции механизмов амперметра и вольтметров одинаковы. При протекании постоянного тока в катушке возникает вращающий момент:

Мвр=i =BπdlwI

i – мгновенное значение силы тока в катушке

Ψ – потокосцепление катушки

α – угол поворота рамки

B – магнитная индукция постоянного магнита

d – средний диаметр катушки

l – высота катушки

w – число витков катушки

I – сила тока в катушке

Из этой формулы получается уравнение шкалы МЭИМ:

SI=

Wy – момент успокоения указателя

SI – чувствительность МЭИМ к току

Из уравнения шкалы МЭИМ следует что при B=const угол отклонения подвижной части пропорционален току и зависит от направления тока, то есть независимо от вида измеряемой величины информативным параметром МЭИМ является сила тока.

«-»: - МЭИМ чувствителен только к средним значениям токов;

- сложность и высока стоимость отдельных частей механизмов

- малая нагрузочная способность по току

Для измерения тока большой силы используют шунты и добавочные резисторы.

«+»: - высокая чувствительность к току

- высокая помехозащищенность механизма

- линейная функция преобразования, следовательно, равномерная шкала

- малое собственное потребление энергии

Основным источником погрешности МЭИМ является погрешность от влияния температуры: αСи=0,04(1/С)


Дата добавления: 2018-02-18; просмотров: 256; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ