Реферат: Измерение постоянных токов

Магнитоэлектрические измерительные механизмы с механи­ческим противодействующим моментом используются главным образом в амперметрах, вольтметрах и гальванометрах, а также в не­которых типах омметров.

Рассмотрим особенности устройства измерительных механизмов магнитоэлектрических логометров.

Как было указано выше, в логометрах противодействующий момент создается не механическим путем, а электрическим. Для этого в магнитоэлектрическом логометре (рис. 3.2) подвижная часть выполняется в виде двух жестко скрепленных между собой рамок 1 и 2, по обмоткам кото­рых протекают токи I1 и I2. Пружинки для создания механического противодействующего момента не ставятся, а ток к обмоткам подво­дится с помощью безмоментных токопр ово­дов, выполняемых в виде тонких неупругих металлических ленточек.

Направления токов в обмотках выбира­ются так, чтобы моменты Мх и М2, создавае­мые рамками, действовали навстречу друг другу. Один из моментов вращающий, а вто­рой — противодействующий. Хотя бы один из моментов должен зависеть от угла поворота. Значит, один (или несколько) из параметров, определяющих значение момента, должен являться функцией угла а. Технически наиболее просто сделать зависящей от угла поворота индукцию Л. Для этого магнитное поле в зазоре должно быть неравномерным, что дости­гается неравномерностью зазора (с этой целью сердечник на рис. 3.2 сделан эллипсоидальным).

В общем виде выражения для моментов М1 и М2 могут быть записаны так:

где  и  — функции, выражающие закон изменения индукции для рамок 1и 2 при перемещении их в зазоре. При установившемся равновесии моменты М1 и М2 равны, т. е.

Выражение для угла поворота можно представить так:

                                                                                                                                 (3.9)

Из выражения (3.9) видно, что отклонение  подвижной   части логометра зависит от отношения токов в его обмотках.

Измерительные механизмы магнитоэлектрических логометров применяют прежде всего в омметрах.

Электромагнитные измерительные механизмы. Вращающий мо­мент в электромагнитных измерительных механизмах возникает в результате взаимодействия магнитного поля катушки, по обмотке которой протекает измеряемый ток, с одним или несколькими фер­ромагнитными сердечниками, обычно составляющими подвижную часть механизма. В настоящее время наибольшее применение полу­чили три конструкции измерительных механизмов: а) с плоской катушкой; б) с круглой катушкой; в) с замкнутым магнитопроводом.

На рис. 3.3 показан измерительный механизм с плоской катушкой. Катуш­ка / наматывается медным проводом и имеет воздушный зазор, в который мо­жет входить эксцентрично укрепленный на оси сердечник 2. Материал сердеч­ника должен обладать высокой магнит­ной проницаемостью, что способствует увеличению вращающего момента при заданном значении потребления мощно­сти прибором, и минимальной коэрци­тивной силой, что уменьшает погреш­ность от гистерезиса. Обычно материа­лом сердечника в щитовых приборах служит электротехническая (кремнис­тая) сталь, а в точных переносных при­борах — пермаллой.

При наличии тока в катушке сердеч­ник стремится расположиться в месте с наибольшей концентрацией поля, т. е. втягивается в зазор катушки. При этом закручиваются пружинки 3, в резуль­тате чего возникает противодействующий момент. Для успокоения движения подвижной части в электр-омагнитных измерительных механизмах применяют обычно воздушные или жидкостные успо­коители. На рис. 3.3 представлен измерительный механизм с воз­душным успокоителем, состоящим из камеры 4 и крыла 5.

Одним из существенных недостатков электромагнитных измери­тельных механизмов с плоской или с круглой катушкой является сильное влияние внешних магнитных полей. Это объясняется тем, что собственное магнитное поле невелико. Для защиты от внешних полей применяются в основном два способа — астазирование и экранирование.

В астатическом измерительном механизме на оси подвижной части укреплены два одинаковых сердечника, каждый из которых размещается в магнитном поле одной из катушек, включенных между собой последовательно. Направление обмоток выбрано так,

что магнитные поля Катушек, равные по значению и конфигурации, направлены навстречу друг другу. При этом подвижная часть будет находиться под действием суммы двух моментов, каждый из которых создается одним из сердечников и действующей на него катушкой. Если такой измерительный механизм попадает в рав­номерное внешнее поле, то один из моментов, для которого направ­ления собственного и возмущающего полей будут совпадать, увели­чится, а второй — соответственно уменьшится. Суммарный момент, а следовательно, и показания прибора при этом не изменяются. Недостатки астатического измерительного механизма заключаются в усложнении и удорожании конструкции, а также в том, что ас-тазирование исключает действие только равномерных полей.

При магнитном экранировании измерительный механизм поме­щается внутрь замкнутой оболочки из ферромагнитного материала с большой магнитной проницаемостью (чаще всего из пермаллоя). Действие экрана состоит в том, что магнитные линии внешнего поля, стремясь пройти по пути с наименьшим магнитным со­противлением, сгущаются внутри сте­нок экрана, почти не проникая во внут­реннюю область. Для улучшения маг­нитной защиты иногда применяются экраны из двух или нескольких оболо­чек.

На рис. 3.4 показан электромагнитный измерительный механизм с замкнутым магнитопроводeом мещена на магнитопровод 2 с полюс­ными наконечниками 3. При наличии

тока в обмотке катушки подвижный сердечник 4 стремится повер­нуться по часовой стрелке вокруг оси 0, втягиваясь в рабочее пространство между полюсными накладками.

Достоинствами измерительного механизма с замкнутым магни­топроводом являются: повышенная чувствительность, уменьшение погрешности от влияния внешних магнитных полей, возможность относительно просто менять характер шкалы путем изменения поло­жения левого полюсного наконечника относительно правого. Обычно в измерительных механизмах с замкнутым магнитопроводом при­меняют растяжки и жидкостное успокоение.

В заключение отметим, что по своему устройству электромагнит­ные измерительные механизмы являются самыми простыми .среди измерительных механизмов приборов разных групп.

На основании уравнения (3.1) определим вращающий момент электромагнитного измерительного механизма. Электромагнитная энергия катушки, по обмотке которой протекает ток,

где L — индуктивность катушки, зависящая от положения сердеч­ника; / — ток в обмотке.

Выражение для вращающего момента будет

Если противодействующий момент создается с помощью упругих элементов, то для режима установившегося отклонения

откуда

                                                                                                                      (3.10)

Из выражения (3.10) видно следующее:

1. Знак угла отклонения подвижной части не зависит от направ­ления тока в обмотке. Это значит, что электромагнитные приборы могут применяться для измерений в цепях постоянного и пере­менного тока. В цепи переменного тока они измеряют действующее значение тока (или напряжение).

2. Шкала, электромагнитного прибора неравномерная, т. е. между измеряемой величиной (током) и.углом отклонения нет прямо пропорциональной зависимости. Характер шкалы зависит от множителя т. е. от закона изменения индуктивности с изменением

угла поворота сердечника и от квадрата тока в катушке. Меняя форму сердечника и его расположение в катушке, можно получить практически равномерную шкалу, начиная с 20 — 25% верхнего предела диапазона измерений.

Устройство измерительного механизма электромагнитного ло-гометра с катушками Л и £ представлено на рис. 3.5. Сердечники на оси укреплены так, что при повороте подвижной части в неко­торых пределах индуктивность одной катушки увеличивается, а другой — уменьшается, вследствие чего вращающие моменты на­правлены в противоположные стороны. Взаимным влиянием одной катушки на другую пренебрегаем. Для статического равновесия можем написать

                                                              или

Решая это уравнение относительно  получим

                                                                                                                          (3.11)

Электромагнитные измерительные механизмы используются в на­стоящее время в амперметрах, вольтметрах, в фазометрах и частото­мерах. Кроме этих приборов, применяются резонансные электромагнитные приборы, в которых частота собственных колебаний подвижной части (сердечника) настраивается в резонанс с частотой тока в обмотке. К таким устройствам относятся вибрационные час­тотомеры.

Главными достоинствами электромагнитных приборов являются: простота конструкции и, как следствие, дешевизна и надежность в работе; способность выдерживать боль­шие перегрузки, что объясняется отсут­ствием токоподводов к подвижной части; возможность применения для измерений в цепях постоянного и переменного тока (отдельных приборов до частоты примерно 10 000 Гц).

К недостаткам приборов относятся относительно малые точность и чувствительность.

Aprēķinu daļa.

Izmantojama shēma.

Pēc Oma līkuma:  no tā  

  Tad  Is  aizmainām ar  ,tad

Pēc tam pieņēmsim kā  ,tad

Mūsu gadījuma 

Apreķinu tabula.

Izmantojamas iekārtas:

                  Milliampermatrs – 75(mA), skāle (0-75), iekšēja pretestība r-28(Om), klase (1.0)

                  Šunts – iekšēja pretestība Rs-9.33(Om), klase (0.1)

Pēc iegūtam datiem veicām statistisko apstrādi.

- eksperimentu skaits 

Pēc tam atrodam , Ais  - Strāvas īstā vertība

Tālāk atrodu ticamības intervālu ar izturību  .

Tad mūsu rezultāts ir vienads:

Aprēķinu kļudas.

Ablolūta kļuda ir vienāda:

Relatīva kļūda ir vienāda:  

Beigu rezultāti:  

Secinājums.

Šajā darbā es veicu līdzstrāvas mērīšānu ar šunta palidzību. Pēc iegūtam datiem es atrodu absolūto un relatīvu kļudu , atrodu tīcamības  intervālu. Pēc iegūtam datiem var sākt ,ka ar šunta palidzību var mērīt strāvas ar lielu precizitāti.

Literatūra.

1.  A.В. Фремке и Е.М.Душина.-5-е изд., и доп.-Л.:Энергия. Лелингр. 1980.-392с.,ил.

Pielīkums.