Магнитоэлектрические измерительные приборы

1. Лекция № 2 Тема 1.2. Магнитоэлектрические измерительные приборы 1.2. 1. Магнитоэлектрические измерительные приборы. Принцип

действия. Уравнение шкалы.
Чувствительность
1.2.2. Магнитоэлектрические амперметры и
вольтметры. Расширение пределов измерения
1.2. 3. Комбинированные аналоговые
измерительные приборы

2.

14
1.2. 1. Магнитоэлектрические измерительные
приборы. Принцип действия. Уравнение шкалы.
Чувствительность
Магнитоэлектрический измерительный механизм
Магнитная цепь прибора:
1 - постоянный магнит,
2 - полосные наконечники
3 - неподвижный железный
сердечник
4 - рамка
Ток к рамке подводится через
спиральные пружинки 6, которые
являются одновременно и
противодействующими. Для установки
стрелки на нуль имеется корректор,
винт которого выведен на панель
прибора

3. Принцип действия магнитоэлектрического ИМ

Основан на явлении выталкивания проводника (рамки) с
током из магнитного поля постоянного магнита
Выталкивающие силы F
o
F F / BlNI
Вращающий момент
F
N
в
M BP F
S
+
F'
b
b
F / BlNbI
2
2
Противодействующий момент Mпр
М пр Da
В установившемся режиме
наступает равновесие моментов:
М = Мвр
BlNb
I
D
13

4.

12
Уравнение шкалы измерительного механизма
S1 I
BlNb
S1 - чувствительность
D
прибора
Угол поворота подвижной системы магнитоэлектрического измерительного механизма прямо пропорционален
силе тока, протекающей по рамке, т.e. прибор может быть
использован для измерения силы тока.
Если рамку прибора включить
параллельно, то, согласно закону Ома,
ток в ней определится
I
U
RP
Угол поворота подвижной системы магнитоэлектрического
измерительного механизма прямо пропорционален напряжению,
приложенному к рамке, т.e. прибор может быть использован
для измерения напряжения в милливольтах

5. Уравнение шкалы измерительного механизма

11
Уравнение шкалы измерительного механизма
Если к прибору подключить источник с постоянным по
величине напряжением, а в цепь рамки последовательно
включать неизвестные сопротивления Rx
S1 I S1
S3
U
RP R x RP R x
S 3 S1U
Угол поворота подвижной системы магнитоэлектрического
измерительного механизма зависит от величины
сопротивления, включенного в цепь рамки, т.е прибор может
быть использован для измерения сопротивлений

6.

10
Достоинства магнитоэлектрических приборов:
потребляет незначительную мощность;
обладают высокой точностью и чувствительностью;
имеют относительно небольшие габариты;
с помощью шунтов и добавочных сопротивлений достаточно
просто расширяются пределы измерений;
внешнее магнитные поля оказывают на работу приборов
незначительное влияние
Недостатки магнитоэлектрических приборов:
- относительная сложность устройства и высокая стоимость;
- малая перегрузочная способность.
"Слабое" место у приборов является рамка и пружины, которые
при незначительных перегрузках могут перегореть

7. 1.2. 2. Магнитоэлектрические амперметры и вольтметры. Расширение пределов измерения

Магнитоэлектрические амперметры
Расширение пределов измерения амперметров постоянного
тока
RУК
Для расширения пределов
А
измерения магнитоэлектрического прибора по току
IУК
Rш
применяют шунты. Шунт
включается параллельно с
измерительным механизмом,
IИЗМ
IШ
а с нагрузкой оба эти
U
RН
элемента включаются
последовательно
Для расчета шунта необходимо знать:
сопротивление указателя – Rук;
ток полного отклонения указателя Iук
предел измерения тока Iизм , на который
рассчитывается шунт
9

8. Расширение пределов измерения амперметров постоянного тока

RУК
IУК
U
IИЗМ
А
Iизм = Iш + Iук,
Rш
Iш = Iизм - Iук = Iук (к-1).
IШ
RН
I изм kI ук
I изм
k
I ук
IшRш = Iук Rук ,
Rш
I ук R ук
Iш
I ук R ук
I ук ( к 1 )
R ук
к 1
- коэффициент
расширения предела
измерения амперметра
8

9. Магнитоэлектрические амперметры

7
Магнитоэлектрические амперметры
Шунты изготавливают в виде катушек (токи до 0,5 А); на
большие токи - в виде пластин.
По месту установки шунты делятся на внутренние (монтируются
в корпусе прибора) и наружные. В последнем случае на шкале
прибора делается надпись: НШ 400 А; 75 mV
В целях унификации приборов указатели и шунты
изготавливаются на стандартные напряжения полного
отклонения: 45; 75; 100 и 150 мВ.
Таким образом, если имеется, например, указатель с
напряжением полного отклонения 75 мВ и шунт, рассчитанный
на это же напряжение, то необходимость в расчете шунта
отпадает: достаточно к прибору включить шунт и амперметр
будет и измерять силу тока, указанную на шунте.
Амперметры на летательных аппаратах включаются в цепь
генераторов постоянного тока. При отклонении стрелки от нуля
вправо прибор измеряет ток, отдаваемый генератором в
бортовую сеть; отклонение стрелки влево от нуля указывает,
что генератор перешел в двигательный режим, т.е. потребляет
ток из сети.

10. Магнитоэлектрические вольтметры

6
Расширение пределов измерения вольтметров постоянного
тока
_
UV
U1
Для изменения предела
измерения напряжения
UV до U последовательно с вольтметром
включается добавочный
резистор RД
U2
RV
R1Д
R2Д
ИМ
UV
U
IV const ;
RV RV R Д
U UV U Д ;
U
R Д RV
1 RV ( n 1 ),
UV
n
U
UV
- коэффициент
расширения предела
измерения вольтметра
Добавочные резисторы в основном изготовляют из манганинового
провода, намотанного на круглые или плоские каркасы из
изоляционного материала. Они могут быть внутренними (до 600 В)
и наружными (до 1500 В)

11. Магнитоэлектрические вольтметры

5

12. 1.2. 3. Комбинированные аналоговые измерительные приборы

4
Комбинированные аналоговые приборы – приборы,
предназначенные для измерения различных электрических
величин: вольтамперметры, ампервольтметры (авометры и т.д.).
Комбинированный аналоговый измерительный прибор — ампервольтомметр
(авометр) является универсальным многопредельным прибором, с помощью
которого возможны измерения токов, напряжений в цепях постоянного и
переменного токов частотой от 20 Гц до 20 кГц и выше, сопротивлений
постоянному току и емкости. В универсальном измерительном приборе
используют магнитоэлектрический ИМ (микроамперметр), например, с током
полного отклонения подвижной части 50 мкА и падением напряжения 75 мВ,
который может при помощи переключающего устройства соединяться с
различными измерительными цепями.
При измерении постоянного тока параллельно микроамперметру включаются
многоступенчатые шунты, а при измерении постоянного напряжения
последовательно с микроамперметром - добавочные резисторы. Таким
образом, в режиме измерения постоянного тока и напряжения авометр работает
как многопредельный магнитоэлектрический амперметр и вольтметр.

13. 1.2.3. Комбинированные аналоговые измерительные приборы

3
Недостатком прибора МЭС является то, что он может работать
только в цепях постоянного тока.
Приборы, представляющие сочетание магнитоэлектрического
измерительного механизма с полупроводниковыми диодами,
называются приборами выпрямительной (детекторной)
системы
Однополупериодная
измерительная схема
Двухполупериодная
измерительная схема

14. 1.2.3. Комбинированные аналоговые измерительные приборы

2
Двухполупериодная измерительная
схема на двух выпрямителях
Подвижная часть магнитоэлектрического
прибора, включенного через
выпрямитель, отклоняется
пропорционально среднему значению
выпрямленного тока
Т
2
2
2
I ср I m sin t dt I m 0 ,637I m
T0
Двухполупериодный
выпрямитель
α = SI Iср
Однополупериодный
выпрямитель
SI
I ср .
2
При однополупериодном
выпрямлении средний ток в два
раза меньше среднего тока
двухполупериодного выпрямителя.
Это эквивалентно уменьшению
чувствительности прибора в два
раза:

15. 1.2.3. Комбинированные аналоговые измерительные приборы

При идеальном выпрямлении шкала прибора равномерная, однако, в
действительности из-за значительной нелинейности вольтамперной
характеристики выпрямителя при малых напряжениях шкала вначале (10 –
15 %) имеет неравномерный характер. В этой части шкалы деления,
имеющие одну цену, располагаются гуще, чем в остальной части.
Выпрямительные приборы
градуируются в действующих
значениях синусоидального тока
I
kф
1,11
I ср
Основная
погрешность
±4 %
Нелинейные зависимости прямого тока Iпр и коэффициента выпрямления
К от температуры и приложенного напряжения к выпрямителю
обусловливают значительные погрешности выпрямительных амперметров
и вольтметров. Для снижения этих погрешностей включают
компенсирующие медные и манганиновые сопротивления в различных
комбинациях с шунтами и добавочными сопротивлениями.
Расширение пределов измерения выпрямительных приборов
осуществляется при помощи шунтов и добавочных сопротивлений.
1