Основные понятия и определения 7 страница
Токи, наводимые в диске, могут быть определены как:
и 
.
f- частота питающий цепи, к3 и к4- коэффициенты пропорциональности.
С учетом этого:
или:
;
где К=k1k4+k2k3.
Максимальный вращающий момент достигается при 
.
Для создания тормозного момента и обеспечения равномерного вращения диска в конструкции предусмотрен постоянный тормозной магнит.
В результате взаимодействия поля магнита и вращения диска, возникает вихревой ток:
.
w- угловая скорость вращения диска, к5- коэффициент пропорциональности.
Взаимодействие iв с Фп вызывает тормозной момент, равный:
или 
.
Кт=К5К6.
Достоинства приборов индукционной системы.
Приборы имеют большой вращающий момент, мало подвержены влиянию внешних магнитных полей и имеют большую перегрузочную способность.
Недостатки приборов индукционной системы.
К недостаткам следует отнести невысокую точность, большоесамопотребление, зависимость показаний от частоты и температуры.
Однофазный счетчик электрической энергии.
Если катушку 1 включить параллельно источнику энергии, а катушку 2 последовательно потребителю, тогда:
или:
где kвр=kUkI.
Из векторной диаграммы видно, что при 
.
Тогда можно записать:
.
При неизменной мощности нагрузки Р, вращающий и тормозной моменты равны друг другу.
Мвр=Мт. Поэтому можно записать:
, или 
. Если это равенство представить в виде: 
, то после интегрирования за промежуток времени от t1 до t2 получим:
|
|
|
.
- постоянная прибора; N- число оборотов за время t=t2-t1
Величина, называемая постоянной счетчика, определяется следующим выражением:
.
Величина, называемая номинальной постоянной счетчика, определяется как:
.
k- передаточное число счетчика – число оборотов на единицу энергии.
Погрешность счетчика, обусловленная трением оси в опорах и другими неучтенными факторами, рассчитывается по формуле:
.
Однофазные счетчики выпускают на частоты 50 и 60 Гц, на рабочий ток до 40 А и на напряжения 110, 120, 127, 220, 230, 240 и 250 В. Классы точности счетчиков ниже 1.
Совокупность двух или трех однофазных измерительных механизмов образуют трехфазный счетчик.
Промышленностью выпускаются счетчики типов:
Счетчики активной энергии – СА 3- для трех проводных цепей и СА 4 для четырех проводных цепей.
Счетчики реактивной энергии – СР 3 для трех проводных цепей и СР 4 для четырех проводных цепей.
Счетчики реактивной энергии для однофазных цепей не выпускаются.
Приборы сравнения.
Приборы сравнения предназначены для непосредственного сравнения измеряемой величины с величиной, значение которой известно (с мерой). Приборы сравнения могут работать в двух режимах: в равновесном режиме и в неравновесном режиме. Структурные схемы приборов сравнения приведены на рисунке.
|
|
|
| а | б |
При работе в равновесном режиме (рис. а.) измеряемая величина Х полностью компенсируется воздействием меры. Значение меры или ее части, необходимой для компенсации величины Х, в процессе измерения определяется по отсчетному устройству.
В неравновесном режиме разность показаний между мерой и измеряемой величиной измеряется в отсчетном устройстве, шкала которого градуирована в единицах измеряемой величины.
В данном курсе будут рассмотрены мосты постоянного и переменного тока и компенсаторы.
Мосты постоянного тока.
Одинарный мост.
Одинарные мосты постоянного тока предназначены для измерения сопротивлений величиной от 10 Ом и более. Схема одинарного моста приведена на рисунке:
Диагональ, обозначенная на рисунке bd- называется диагональю питания. В нее включен источник питания (батарея) G. Диагональ ас называется измерительной диагональю. В нее включен указатель равновесия (гальванометр) Р.
Выведем условия равновесия моста.
В равновесном режиме Iур=0. Это условие выполняется когда:
|
|
|
Из первого закона Кирхгофа, с учетом того, что 
и 
следует:
I4=I1 и I3=I2. Принимая во внимание все вышесказанное можно записать:
или 
. Выражение 
- является условием равновесия моста.
Чувствительность моста по току и по напряжению определяются как:
- чувствительность моста по току. 
- чувствительность моста по напряжению.
yp и Uyp- изменение силы тока и напряжения в измерительной диагонали.
R/R- отношение изменения сопротивления плеча моста к полному сопротивлению этого плеча.
В частном случае, при R1=R2=R3=R4, чувствительность моста может быть записана как:
и 
.
R10 - сопротивление R1 при равновесии.
, 
, 
. Rур - сопротивление указателя равновесия.
В качестве практического примера приведены параметры моста Р-369.
Диапазон измеряемых сопротивлений: 10-4…1.11111*1010 Ом.
Класс точности в диапазоне до 10-3 Ом- 1 и при измерении сопротивлений от1 до 103Ом класс точности- 0.005.
Двойные мосты постоянного тока.
Для точных измерений сопротивлений малой величины применяют двойные мосты. Схема двойного моста представлена на рисунке:
В процессе измерения измеряемое сопротивление Rx сравнивается с образцовым сопротивлением R0.
|
|
|
Уравнения, поясняющие процесс измерения приведены ниже.
По второму закону Кирхгофа можно записать:
Для упрощения будем считать: R1=R3 и R2=R4.
Тогда уравнения можно переписать как:
В результате сопротивление неизвестного резистора можно выразить следующим образом:
;
Двойные мосты позволяют измерять сопротивления в диапазоне 10-8…1.11111*1010 Ом.
Класс точности прибора составляет 0.02 в диапазоне измерений 10-1…108 Ом и 2 в конце диапазона измерений.
Для питания моста используют источники тока или напряжения.
Мосты переменного тока.
Мосты переменного тока применяются для измерения, как активных, так и реактивных сопротивлений (емкостных и индуктивных).
Схема моста переменного тока приведена на рисунке.
Уравнения, поясняющие принцип действия моста, записываются по аналогии с уравнениями, приведенными для одинарного моста постоянного тока, и имеют вид:
Из первого закона Кирхгофа, с учетом того, что и следует:
I4=I1 и I3=I2. Принимая во внимание все вышесказанное можно записать:
или 
. Выражение 
- является условием равновесия моста.
При работе на переменном напряжении эти уравнения должны быть записаны в показательной форме:
или 
.
Из этих уравнений следуют условия равновесия моста:
Данная система уравнений показывает, что мост переменного тока может быть уравновешен только при определенном характере нагрузки и схеме включения сопротивлений в ветвях.
Автоматические мосты.
Рассмотрим работу автоматических мостов.
Автоматический мост выполнен на базе реверсивного двигателя, охваченного отрицательной обратной связью по току в измерительной диагонали.
Упрощенная схема такого моста приведена на рисунке.
Прибор работает следующим образом. К питающей диагонали ав подключен источник питания. В измерительную диагональ введены переменный резистор R и усилитель тока УТ. К выходу усилителя подключен реверсивный двигатель РД. Вал двигателя, с одной стороны управляет перемещением движка резистора R, а с другой стороны соединен со шкалой прибора. Усилитель тока подключен таким образом, чтобы при вращении двигателя сопротивления R’ и R’’ изменяясь уменьшали ток в измерительной диагонали бг. Если ток в диагонали бг будет равен нулю, управляющий сигнал на выходе усилителя исчезнет и двигатель остановится. Это состояние будет зафиксировано на шкале, которая проградуирована в единицах измеряемой величины. Если сопротивление в одном из плеч моста изменить - мост будет разбалансирован, в измерительной диагонали появится ток и процесс компенсации повторится.
Компенсаторы.
Компенсаторами называются приборы сравнения, в основу которых положен принцип компенсации Э.Д.С.
Применяются компенсаторы для измерения напряжений и Э.Д.С. с высокой точностью.
Схема компенсатора приведена на рисунке.
На приведенной схеме приняты следующие обозначения::
Gp- источник рабочего тока.
Gn- нормальный элемент.
Gx- источник измеряемого напряжения.
R- регулируемый резистор.
Ro образцовый резистор.
Rk- компенсационный резистор.
P- магнитоэлектрический гальванометр.
Если ключ К находится в положении 1, выполняется равенство:
.
Если ключ находится в положении 2, выполняется равенство:
.
Таким образом, можно сравнить напряжение неизвестного источника Gx c напряжением нормального элемента Gn. Это можно пояснить соотношением:
. Следовательно: 
.
По приведенной схеме работает, например, компенсатор Р 355. Он имеет класс точности 0.05…0.5 в пределах измерения напряжения 0.6…1500 мВ.
Для увеличения скорости измерений применяют автоматические компенсаторы. Одна из схем такого компенсатора показана на рисунке.
Схема работает следующим образом: В основе прибора лежит усилитель постоянного тока, охваченный обратной связью.
Если обозначить коэффициент усиления УПТ как s, можно записать:
и 
. Отсюда можно вывести прямую зависимость между током, протекающим по микроамперметру и измеряемым напряжением.
.
Такие компенсаторы применяют для измерения малых напряжений, например на выходе
Электронные измерительные приборы.
Все множество электронных измерительных приборов разделяется на следующие классы:
Класс В - измерители напряжений.
Класс Г - измерительные генераторы сигналов и измерительные усилители.
Класс Е- приборы для измерения распределенных параметров электрических цепей.
Класс С - приборы для наблюдения за формой электрического сигнала.
Класс Ч - приборы для измерения частоты и интервалов времени.
Классы Ф и Ч - цифровые и комбинированные приборы.
Аналоговые электронные приборы класса В имеют, как правило, следующую структуру:
В качестве примера, ниже приведены несколько упрощенных структур электронных аналоговых приборов.
На данном рисунке приведена схема простейшего многопредельного электронного вольтметра. Схема содержит следующие элементы:
R и S1 - образуют входной аттенюатор. S2 - изменяет коэффициент градуировки шкалы при измерениях постоянного и переменного напряжений. На транзисторе VT- собран простейший усилитель. Резисторы R1, R2 и R3 определяют рабочую точку транзистора.
Схема электронного прибора средних значений. Такую структуру имеют электронные вольтметры типа В 3-38, В3-39, и В 3-48. Показания прибора соответствуют средним значениям измеряемого напряжения и определяются выражением:
.
Схема электронного вольтметра средних значений. В приборе применен тепловой преобразователь (термостат) в котором происходит выделение действующего значения напряжения, которое соответствует:
.
По такому принципу строятся приборы типа В 3-42 и В 3-45. Эти приборы имеют широкий частотный диапазон измеряемых напряжений.
Пределы измерения аналоговых приборов лежат в пределах: 1 мВ…500 В, частотный диапазон 10 Гц…50 МГц, основная приведенная погрешность до 4%.
Следует заметить, что характеристики электронных приборов во многом определяются схемой электронного преобразователя – детектора.
Различают следующие основные схемы детекторов:
Детектор амплитудного значения.
Детектор средневыпрямленного значения.
Детектор среднеквадратичного значения.
Детекторы, как правило, устанавливаются на входе прибора. Структура электронного аналогового прибора с входным детектором показана на рисунке:
ВУ - входное устройство.
Д- детектор.
УПТ - усилитель постоянного тока.
ИМ - измерительный механизм магнитоэлектрического типа.
Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 275; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!