МЕНЮ


Фестивали и конкурсы
Семинары
Издания
О МОДНТ
Приглашения
Поздравляем

НАУЧНЫЕ РАБОТЫ


  • Инновационный менеджмент
  • Инвестиции
  • ИГП
  • Земельное право
  • Журналистика
  • Жилищное право
  • Радиоэлектроника
  • Психология
  • Программирование и комп-ры
  • Предпринимательство
  • Право
  • Политология
  • Полиграфия
  • Педагогика
  • Оккультизм и уфология
  • Начертательная геометрия
  • Бухучет управленчучет
  • Биология
  • Бизнес-план
  • Безопасность жизнедеятельности
  • Банковское дело
  • АХД экпред финансы предприятий
  • Аудит
  • Ветеринария
  • Валютные отношения
  • Бухгалтерский учет и аудит
  • Ботаника и сельское хозяйство
  • Биржевое дело
  • Банковское дело
  • Астрономия
  • Архитектура
  • Арбитражный процесс
  • Безопасность жизнедеятельности
  • Административное право
  • Авиация и космонавтика
  • Кулинария
  • Наука и техника
  • Криминология
  • Криминалистика
  • Косметология
  • Коммуникации и связь
  • Кибернетика
  • Исторические личности
  • Информатика
  • Инвестиции
  • по Зоология
  • Журналистика
  • Карта сайта
  • Методы измерения переменных токов и напряжений средней и низкой частоты

    сердечником. Энергия, запасенная в катушке, [pic]. Индуктивность катушки

    при движении сердечника меняется, следовательно, выражение для вращающего

    момента (1) будет иметь следующий вид:

    [pic],

    Из условия равенства вращающего и противодействующего моментов получаем

    [pic]. (11)

    Из этого уравнения следует, что отклонение указателя пропорционально

    квадрату измеряемого тока. Прибор пригоден для измерения как постоянного,

    так и переменного тока. Градуировка шкалы на постоянном токе соответствует

    среднеквадратическим (действующим) значениям переменного тока.

    Достоинства электромагнитных приборов – простота конструкции и

    надежность. Недостатки: малая чувствительность; Значительное потребление

    мощности от измеряемой цепи (до 1 Вт); нелинейность шкалы; значительная

    погрешность; много влияющих величин: температура окружающей среды, внешнее

    магнитное поле, частота измеряемого переменного тока.

    Электромагнитные приборы благодаря простоте, дешевизне и надежности

    широко применяют для измерения токов и напряжений в сильноточных цепях

    постоянного и переменного тока промышленной частоты (50 и 400 Гц).

    Большинство электромагнитных амерметров и вольтметров выпускают в виде

    щитовых приборов различных класса 1,5 и 2,5. Имеются приборы класса 1,5 и

    1,0 для работы на дискретных частотах 50, 200, 800, 1000, 1500 Гц.

    Амерметры. Катушку амерметра изготавливают из медного провода,

    рассчитанного на номинальное значение тока, например 5А. Число витков

    определяют из условия полного отклонения указателя амперметра при

    номинальном токе.

    Для расширения пределов измерения переменного тока применяют

    измерительные трансформаторы тока. Они различаются классами точности (от

    0,05 до 1,0), значением нормированного номинального сопротивления нагрузки

    в цепи вторичной обмотки (от 0,2 до 2,0 Ом). Основная рабочая частота 50

    Гц, но есть трансформаторы и на 400 и 1000 Гц.

    Первичная обмотка трансформатора тока содержит малое число витков и

    включается последовательно в разрыв цепи (рис.8, а). Вторичная обмотка с

    большим кольчеством витков соединяется с амперметром на 5 А (иногда на 1

    А). Трансформаторы тока выпускаются для работы с первичным током от 5 А до

    15кА. При больших значениях тока первичная обмотка представляет собой

    прямоугольный отрезок шины или стержень, проходящий через окно

    магнитопровода (рис.8, б). Сопротивления амперметров малы, поэтому

    нормальным режимом работы трансформатора тока является режим, близкий к

    режиму короткого замыкания.

    Вольтметры. Катушку вольтметра изготавливают из большого количества

    витков тонкого медного провода, достаточного для полного отклонения

    указателя при данном значении тока. Уравнение для электромагнитного

    вольтметра приобретает вид:

    [pic], (12)

    где Rv – сопротивление обмотки катушки.

    Щитовые вольтметры непосредственного включения выпускают со шкалами от

    7,5 до 250 В и добавочными сопротивлениями на – 450, 600 и 750 В; класс

    точности 1,5. Для измерений более высоких напряжений, вплоть до 15 кВ,

    применяют измерительные трансформаторы напряжения. Они различаются классом

    точности (0,1 и 0,2) и коэффициентом трансформации. Рабочая частота 50 Гц.

    Первичная обмотка трансформатора (рис.9) напряжения включается

    параллельно измеряемой цепи. К вторичной обмотке подключается вольтметр.

    3 Электродинамические приборы

    Узел для создания вращающего момента состоит из неподвижной катушки,

    внутри которой помещена подвижная. Принцип действия заключается во

    взаимодействии магнитных полей неподвижной и подвижной катушек, по которым

    протекают измеряемые токи (рис.10).

    Неподвижная катушка разделена на две половины, по которым протекает ток

    I1. Подвижная катушка расположена внутри неподвижной, и по ней протекает

    ток I2, который подводится через спиральные противодействующие пружины или

    растяжки. Успокоение обычно воздушное. Энергия, запасенная в обеих

    катушках,

    [pic] (13)

    где M1,2 – взаимная индуктивность между катушками.

    Формула вращающего момента

    [pic] (14)

    и уравнение отклонения указателя

    [pic]. (15)

    Если через катушки пропустить переменные синусоидальные токи [pic] и

    [pic], то подвижная часть прибора будет реагировать на среднее значение

    вращающего момента

    [pic],

    где I1 и I2 – действующие значения тока; ( -- фазовый сдвиг между ними.

    Значит уравнение (15) для переменного тока примет вид:

    [pic][pic] (16)

    Из формул (15) и (16) ясно, что показания приборов электродинамической

    системы пропорциональны произведению токов, протекающих по катушкам;

    градуировка шкалы на постоянном токе справедлива и для переменных токов.

    К достоинствам этих приборов относятся: возможность перемножать

    измеряемые величины, т.е. измерять мощность; малая погрешность, так как в

    механизме нет железа. Недостатки: малая чувствительность; значительное

    потребление мощности; сложность конструкции; недопустимость перегрузки;

    нелинейность шкалы; влияние температуры, частоты и внешнего магнитного

    поля.

    Выпускаются амперметры, вольтметры электродинамической системы для

    применения в цепях постоянного и переменного тока с частотой

    50,400,1000,2000, 3000 Гц.

    Амперметры. Для измерения силы тока обе катушки соединяют параллельно

    или последовательно (рис.11,а). При этом один и тот же ток протекает по

    обеим катушкам уравнение (15) будет иметь вид:

    [pic] (17)

    где SI – чувствительность по току.

    При параллельном соединении катушек пределы измерения тока будут

    больше чем при последовательном.

    Щитовые амперметры непосредственного включения выпускают с пределами

    измерений от 1 до 200 А. Расширение пределов (до 6кА) осуществляется при

    помощи измерительных трансформаторов тока.

    Вольтметры. Для измерения обе катушки соединяют последовательно

    (рис.11, б). Уравнение (15) для вольтметра примет вид:

    [pic], (18)

    где Su – чувствительность по напряжению; Rk – сопротивление обмоток

    катушек.

    При измерении переменного напряжения в цепи вольтметра будет

    действовать полное сопротивление [pic], где Rk и Xk – активное и реактивное

    сопротивление катушек. На частотах свыше 500 Гц реактивное сопротивление Xk

    проявляется довольно заметно и поэтому градуировка шкалы нарушается.

    Щитовые вольтметры непосредственного включения выпускаются со шкалами

    до 450 В, переносные – от 7,5 до 600 В. Для расширения пределов измерения

    вплоть до 30 кВ применяют измерительные трансформаторф напряжения.

    4 Ферродинамические приборы

    Ферродинамические приборы являются разновидностью электродинамических с

    тем отличием, что неподвижные катушки заключены в сердечники из

    ферромагнитного материала. Такая конструкция обеспечивает значительное

    увеличение вращающего момента и хорошую защиту от внешних магнитных полей.

    Однако это приводит к увеличению погрешности прибора.

    5 Электростатические приборы

    Принцип действия приборов электростатической системы основан на

    взаимодействии двух электрически заряженных тел. Конструктивно они

    выполняются в виде неподвижной и подвижной пластин к которым прикладывается

    измеряемое напряжение (рис.12).

    Энергия электрического поля [pic]. При движении подвижной пластины

    емкость С между ними изменяется. Формула вращающего момента будет иметь вид

    [pic]

    и отклонение указателя

    [pic]. (19)

    Противодействующий момент создается спиральной пружиной (рис.12, а)

    или весом подвижной пластины (рис.12, б). Из уравнения (19) следует, что

    электростатические приборы являются вольтметрами и киловольтметрами,

    пригодными для измерения постоянного и переменного напряжения. Шкала

    градуированная на постоянном напряжении, справедлива для действующего

    значения переменного напряжения любой формы.

    К достоинствам электростатических приборов относятся: большие пределы

    напряжений (до 1МВ); широкий диапазон частот измеряемых напряжений (до

    30Мгц). Недостатки: малая чувствительность; малая надежность; нелинейность

    шкалы; влияние температуры окружающей среды и внешнего электрического поля.

    Электростатические приборы выполняются в виде щитовых и переносных

    вольтметров и киловольтметров для применения в цепях постоянного и

    переменного тока с частотой от 20 Гц до 30 МГц.

    6 Термоэлектрические приборы

    Приборы с термопреобразованием предназначены для работы в цепях

    переменного тока в диапазоне низких и высоких частот. Термоэлектрический

    прибор состоит из термоэлектрического преобразователя магнитоэлектрического

    милли – или микроамперметра (рис.13, а).

    Преобразователь (рис.13, б) представляет собой нагреватель 1, по

    которому протекает измеряемый ток I, и связанную с ним термопару. Во время

    измерения температура места соединения нагревателя и термопары приобретают

    значение Т1, а свободные концы термопары имеют температуру окружающего

    пространства T2 . Разность температур вызывает термоЭДС [pic], где а –

    коэффициент пропорциональности, зависящий от материала термопары и ее

    конструкции. В установившемся состоянии вследствие тепловой инерции

    температура нагревателя T1 постоянна и определяется рассеиваемой на нем

    мощностью. Запишем такое выражение [pic], где k – коэффициент теплоотдачи.

    Исключив разность температур из выражения и выражения для термоЭДС, запишем

    [pic],

    где [pic] -- коэффициент пропорциональности; Rн – сопротивление

    нагревателя; I – среднеквадратичное значение измеряемого тока.

    Нагреватель включают последовательно в разрыв измеряемой цепи, а

    возникающую термоЭДС измеряют микроамперметром, работающим как

    милливольметр. Шкалу последнего градуируют в среднеквадратических значениях

    измеряемого тока.

    Термоэлектрические преобразователи разделяются на контактные

    (рис.13,б) и (рис.13, в) и вакуумные (рис.13, г). В контактном

    преобразователе имеется гальваническая связь между нагревателем и

    термопарой, т.е. между входной и выходной цепями, что не всегда допустимо.

    В бесконтактном преобразователе нагреватель отделен от термопары стеклянной

    или керамической бусинкой, так что между ними существует только

    незначительная емкостная связь. Чувствительность и бесконтактного

    преобразователя ниже чем у контактного. В вакуумного термопреобразователя

    ниже, чем у контактного. В вакуумном термопреобразователе нагреватель и

    термопара помещены в стеклянный баллончик.

    Нагреватель представляет собой тонкую проволочку из манганина или

    нихрома. Термопара состоит из разнородных материалов и сплавов, устойчивых

    при высоких температурах.

    Максимальное значение измеряемого тока определяется сечением

    нагревателя и составляет от единиц миллиампер до десятков ампер. При

    необходимости измерения токов больших значений применяют трансформаторы

    тока. Максимальная частота измеряемого тока зависит от сечения нагревателя

    и его длины и при минимальных размерах достигает сотен мегагерц.

    К достоинства термоэлектрических приборов следует отнести

    независимость показаний от формы кривой измеряемого тока; к недостаткам –

    малую чувствительность; неравномерность шкалы, недопустимую перегрузку.

    Термоэлектрические приборы получили распространение преимущественно в

    качестве амперметров и миллиамперметров. Термоэлектрические вольтметры

    применяются редко вследствии малого входного сопротивления и низкой

    чувствительности.

    7 Выпрямительные приборы

    Для измерения тока и в цепях повышенной частоты широко применяют

    выпрямительные приборы, состоящие из выпрямительного преобразователя и

    магнитоэлектрического микро- или миллиамперметра (рис.14, а). В качестве

    выпрямительных элементов используются полупроводниковые (германиевые или

    кремниевые) диоды, выпрямляющее действие которых определяется коэффициентом

    выпрямления

    [pic]

    где Iпр и Iоб – прямой и обратный токи; Rпр и Rоб – прямое и обратное

    сопротивление диода.

    Коэффициент выпрямления зависит от частоты и значения преобразуемой

    электрической величины и от температуры окружающей среды. С повышением

    частоты часть тока ответвляется через внутреннюю емкость диода и

    коэффициент выпрямления уменьшается.

    Выпрямительные приборы работают по схемам одно- или двухполупериодного

    выпрямления (рис.14, б) ток в течении положительного полупериода проходит

    по измерительной ветви (открыт диод Д1 и витки катушки миллиамперметра), в

    течении отрицательного полупериода – по защитной ветки (диод Д2 и резистор

    R). Обе ветви идентичны, сопротивление резистора R равно сопротивлению

    катушки миллиамперметра Ra . Через диод Д1 проходит пульсирующий ток i

    (рис.14, в), а показания миллиампертметра пропорционально постоянной

    составляющей тока или среднему значению Iср. Если измеряемый ток

    синусоидальной формы, то

    [pic]

    В схеме с двухполупериодного выпрямления (рис.14, г) измеряемый ток в

    течении положительного полупериода проходит по цепи Д1 – миллиамперметр –

    Д3 , а в течении отрицательного – Д2 – миллиамперметр – Д4. Показания

    миллиамперметра пропорционально средневыпрямленному значению переменного

    тока. Для синусоидального тока (рис.14, д)

    [pic]

    Шкалу выпрямительного прибора всегда градуируют в среднеквадратических

    значениях тока синусоидальной формы. Значит, все оцифрованные деления шкалы

    умножают на коэффициент формы [pic]: [pic]. Главными источниками

    погрешностей выпрямительных приборов являются: погрешность градуировки

    миллиамперметра; емкость диодов; изменение температуры окружающей среды;

    выход частоты за пределы рабочего диапазона; отклонение формы кривой

    измеряемого тока от синусоидальной.

    Для измерения больших токов применяют приборы со схемой,

    представленной на рис. 15, а. Здесь резисторы R являются шунтами для

    каждого полупериода тока. В многопредельных амперметрах набор таких шунтов

    помещают внутри корпуса и переключают наружным ручным переключателем.

    Выпрямительный вольтметр состоит из миллиамперметра и добавочного резистора

    Rд (рис.15, а). Добавочные резисторы располагаются внутри корпуса

    многопредельного вольтметра и переключают их при изменении предела

    измерения.

    Выпрямительные приборы получили широкое распространение в качестве

    комбинированных измерителей постоянного и переменного тока и напряжения.

    Снабженные источником постоянного напряжения, они могут использоваться для

    измерения электрического сопротивления.

    Заключение.

    В результате изучения курса «Метрологии и радиоизмерения» удалось

    усвоить основные принципы и методы измерений токов и напряжений с учетом их

    частоты и уметь выбрать наиболее подходящий для данных условий метод и

    средство измерения, выполнить измерение и оценить погрешность результата

    измерения.

    -----------------------

    Министерство общего и профессионального образования

    Самарский государственный технический университет

    Кафедра: Робототехнические системы

    Метрология и радиоизмерения

    Тема: Методы и средства измерения переменных токов

    и напряжений средней и низкой частоты

    Выполнил: Бугаёв Алексей Александрович

    ЗФ-III-13

    шифр №994824

    Самара, 2002

    A

    I

    а)

    V

    U

    U

    RV

    б)

    Рис.1 Схема измерения методом непосредственной оценки: а) тока; б)

    напряжения

    М

    а

    Мв

    Мп

    а0

    Рис.3

    а)

    б)

    Рис.4 Успокоители: а – воздушный; б – магнитоиндукционный

    Рис.5 Магнитоэлектрический прибор

    1 – корректор; 2 – противодействующие пружины; 3 – подвижная катушка; 4 –

    полюсные наконечники; 5 – стрелка; 6 – сердечник

    Рис. 6 Схема расширения пределов измерения: а – амперметра; б – вольтметра

    Рис.7 Графики различных режимов подвижной части гальванометра

    Рис.2. Способы установки подвижной части прибора: а – на оси; б – на

    растяжках; в – на подвесе

    Рис.7 Электромагнитный прибор

    1,4 – плоская и круглая неподвижные катушки; 2 – ферромагнитный подвижный

    сердечник; 3 -- ось

    Рис.8 Измерительный трансформатор тока:

    а – схема включения; б – конструкция проходного трансформатора тока

    1 – магнитопровод; 2 – изолятор

    Рис.9 Измерительный трансформатор напряжения

    Рис.10 Электродинамический прибор

    Рис. 11 Соединение катушек электродинамического прибора для работы его в

    качестве: а – амперметра; б – вольтметра.

    Рис. 12 Устройство электростатических приборов: а – с изменяющейся рабочей

    площадью пластин; б – с изменяющимся расстоянием между пластинами; в –

    высоковольтного

    1 и 2 – неподвижная и подвижная пластины; 3 – высоковольтный электрод; 4 –

    заземленный электрод; 5 – металлическая труба; 6 – изолятор

    Рис.13 Термоэлектрический прибор

    Рис.14 Схемы выпрямительных амперметров и графики токов и напряжений: а, б,

    в – при однополупериодном выпрямлении; г, д – при двухполупериодном

    выпрямлении

    Рис. 15 Схемы выпрямительных приборов

    Страницы: 1, 2


    Приглашения

    09.12.2013 - 16.12.2013

    Международный конкурс хореографического искусства в рамках Международного фестиваля искусств «РОЖДЕСТВЕНСКАЯ АНДОРРА»

    09.12.2013 - 16.12.2013

    Международный конкурс хорового искусства в АНДОРРЕ «РОЖДЕСТВЕНСКАЯ АНДОРРА»




    Copyright © 2012 г.
    При использовании материалов - ссылка на сайт обязательна.