Электрические приборы

Электрические приборыЭлектрические приборы. Содержание материала. Электрические приборы Приборы для измерения расхода электроэнергии и параметров тока. Электрические приборы для измерения различных величин. Обычно под термином «измерение» понимают процесс сравнения измеряемой величины с физически однородной ей величиной известного размера, называемой мерой. Следовательно, измерение представляет собой информационный процесс, результатом которого является получение измерительной информации — количественной (числовой) информации об измеряемых величинах. Для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем (человеком), предназначен измерительный прибор.

По способу образования показаний измерительные приборы делятся на показывающие и регистрирующие. Регистрирующий прибор содержит механизм регистрации показаний. Если в приборе предусмотрена запись показаний в форме диаграмм, то его называют самопишущим прибором. Электрические измерительные приборы предназначены для измерения не только электрических величин — напряжения, силы, частоты и мощности тока, сопротивления, но и неэлектрических величин — температуры, влажности, уровня, давления и т. д. Электрические измерительные приборы, показания которых считывают с неподвижной градуировочной шкалы, относительно которой плавно перемещается стрелочный или световой указатель, называются аналоговыми. Приборы, показания которых представлены в цифровой форме на специальном отсчетном устройстве и изменяются дискретно (ступенями) при плавном изменении измеряемой величины, называются цифровыми. Аналоговые электроизмерительные приборы имеют электромеханический измерительный механизм, преобразующий электрическую величину в отклонение подвижной системы и связанного с ней указателя (стрелки). Преобразование электрической энергии измеряемой величины в механическую энергию отклонения подвижной системы и указателя происходит в результате взаимодействия магнитных и электрических полей. Всю информацию о принципе действия прибора, единицах измерения, точности, безопасности и т. п. указывают на шкале прибора (рис. 1). На приборы обычно наносят следующие условные обозначения. Основные единицы измерени я: ампер — А, килоампер — кА, миллиампер — тА, микроампер — μΑ, киловольт — kV, вольт — V, милливольт — mV, киловатт — kW, ватт — W, ом — Ω, килоом — κΩ, мегом — ΜΩ ит д. Рис. 1. Шкала аналогового прибора. Тип прибора. Маркировка прибора состоит из буквы и четырехзначного числа. Буква показывает принцип действия прибора (М — магнитоэлектрический, Э — электромагнитный, Д — электродинамический и т. д.). Род тока. Постоянный обозначают знаком —, переменный. , постоянный и переменный =. Принцип действия прибора. Электроизмерительные приборы классифицируют в зависимости от физического принципа получения механической силы, перемещающей подвижную часть с указателем прибора, на несколько основных групп (табл. 1). 1. Классификация электроизмерительных приборов. Наименование прибора. Магнитоэлектрический с подвижной рамкой. Взаимодействие магнитных полей постоянного магнита и проводника с током. Магнитоэлектрический с выпрямителем. Втягивание стального сердечника магнитным полем катушки с током. Взаимодействие двух проводников с током. 5. Безопасность. Внутри пятиконечной звездочки указана цифра испытательного напряжения в киловольтах. 6. Используемое положение: прибор применять при вертикальном положении шкалы — _1_; при горизонтальном положении шкалы — I 1; при наклонном положении (под углом, например, 60°) — Ζ 60°. Класс точности — характеризует погрешность, которую внесет данный прибор в результат. При измерениях всегда неизбежны погрешности. Разность между показанием прибора х„ и действительным значением измеряемой величины х, называют абсолютной погрешностью: Ах ==хп —хг. Однако по значению абсолютной погрешности трудно судить о точности измерений. Поэтому для указания и нормирования погрешности прибора используют приведенную относительную погрешность, представляющую собой отношение абсолютной погрешности к максимально возможной измеряемой величине — верхнему пределу измерений хпр. Приведенная относительная погрешность. Класс точности прибора определяет наибольшую основную приведенную погрешность в процентах. Согласно стандарту аналоговые электроизмерительные приборы по степени точности делят на классы: 6; 4; 2,5; 1,5; 1,0; 0,5; 0.2; 0,1; 0,05; 0,02; 0,01 и т. д. Магнитоэлектрический прибор. Схема магнитоэлектрического прибора изображена на рисунке 2. Он состоит из постоянного магнита 1 и подвижной обмотки 3 из медного провода, намотанной на прямоугольный алюминиевый каркас. Один конец обмотки присоединен к спиральной пружине 5, а другой — к пружине 6. Каркас с обмоткой может поворачиваться вокруг неподвижного стального сердечника 2. Вместе с каркасом и обмоткой могут поворачиваться ось 4, а следовательно, и указательная стрелка 7. Рис. 2. Схема магнитоэлектрического прибора: 1 — постоянный магнит; 2 — сердечник; 3 — обмотка; 4 — ось; 5, 6 — пружины; 7 — стрелка. В магнитоэлектрическом приборе измеряемый ток пропускается через обмотку. Следовательно, проводники обмотки с током оказываются в магнитном поле постоянного магнита. Тогда, согласно закону Ампера (проводник с током выталкивается из магнитного поля) на каждый проводник обмотки начинает действовать механическая сила F, пропорциональная силе тока в обмотке прибора. Под действием этой силы рамка с обмоткой, а вместе с ней и стрелка поворачиваются в направлении действия силы F. При повороте стрелки происходит закручивание спиральных пружин 5 и 6 и они создают противодействующее усилие, пропорциональное углу их кручения. Для обеспечения возможности измерений переменного тока с помощью приборов электромагнитной системы последовательно с прибором включают выпрямительное устройство, преобразующее переменный ток в постоянный. Такие приборы называют выпрямительными. Электромагнитный прибор. Принцип действия этого прибора основан на втягивании сердечника магнитным полем плоской катушки. В электромагнитном измерительном механизме, показанном на рисунке 3, плоская катушка из медного провода имеет воздушный промежуток, в который при появлении магнитного поля (тока в катушке) втягивается эксцентрично укрепленный на оси 1 сердечник 6, изготовленный из электротехнической стали. На оси 4 укреплены также движущиеся части электромагнитного успокоителя. Рис. 3. Схема прибора электромагнитной системы: 1 — катушка; 2, 3 — детали успокоителя; 4 — ось; 5 — постоянный магнит успокоителя; 6 — сердечник; 7,9 — части стрелки; 8— пружина. Электромагнитные приборы просты по конструкции и пригодны для работы в цепях как постоянного, так и переменного тока. Но поскольку чувствительность и точность этих приборов сравнительно невелики, то их в основном используют как щитовые приборы классов 1,5 и 2,5, работающие на переменном токе промышленной частоты 50 Гц. Электродинамические приборы. Рис. 4. Схема электродинамического прибора: 1, 2— части неподвижной катушки; 3— подвижная катушка; 4— воздушный успокоитель. Эти приборы оснащены измерительным механизмом с неподвижной и подвижной катушками (рис. 4). Неподвижная катушка состоит из двух частей (катушек) 1 и 2, соединенных последовательно так, что их магнитные поля складываются. Для быстрого уравновешивания стрелки прибора, как правило, устанавливают воздушный успокоитель 4. Если через неподвижную катушку пропустить ток 1, а через подвижную — ток 2, то механическое усилие, воздействующее на подвижную систему прибора, будет пропорционально произведению токов. Следовательно, электродинамическим прибором можно измерять силу, напряжение и мощность электрического тока в цепях как постоянного, так и переменного тока. Цифровые измерительные приборы. Принцип действия их основан на автоматическом преобразовании непрерывной или аналоговой измеряемой величины в дискретные сигналы в виде кода, в соответствии с которым ее значение отображается на отсчетном устройстве в цифровой форме. Преимущества цифровых приборов по сравнению с аналоговыми: удобство и точность отсчета (отсутствие субъективных ошибок наблюдателя); высокая точность измерений, практически недостижимая для аналоговых приборов; возможность документально регистрировать (печатать) результаты измерений и в виде цифрового кода вводить их в компьютер или передавать по каналам связи. Рис. 5. Функциональная схема цифрового измерительного прибора В современной технике цифровые измерительные приборы используют для измерения электрических величин в основном в виде универсальных измерительных приборов (мультиметров), которые могут одновременно измерять напряжение, ток, сопротивление и частоту электрического сигнала. На рисунке 5. показана функциональная схема цифрового измерительного прибора. Он состоит из двух функциональных устройств: аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и цифрового отсчетного устройства (ЦОУ).