15) Измерение электрического тока и напряжения

Измерение постоянных напряжения и тока заключается в нахождении их значений и определении полярности. Переменные токи и напряжения могут быть оценены значительно большим числом параметров. Переменный ток промышленной частоты имеет синусоидальную форму и характеризуется мгновенным и среднеквадратическим значениями, амплитудой и фазой.

Мгновенные значения i или u изменяются во времени

их можно наблюдать на экране осциллографа.

Амплитудой J_m или U_m называют максимальное из всех мгновенных значений за период.

Среднеквадратическое значение (его еще называют действующим, эффективным или греющим) находят как корень квадратный из среднего за период квадрата мгновенных значений:

Если вместо мгновенного значения и подставить его аналитическое выражение, то получим

.

С вязь между амплитудой и среднеквадратическим значением при любой форме изменения мгновенных значений определяется формулой

где K_a = U_m /U – коэффициент амплитуды.

Для синусоидального напряжения K_a = =1,41.

Несинусоидальные периодические напряжения, например, прямоугольные, треугольные, трапециедальные импульсы или синусоидальное напряжение после выпрямителя, характеризуются максимальными (пиковыми) значениями U_max, среднеквадратическим, средневыпрямленным и средним значениями.

Средневыпрямленное значение определяется как среднее арифметическое абсолютных мгновенных значений за период

Средневыпрямленное и действующее напряжения связаны между собой через коэффициент формы K_ф.

Для синусоидального напряжения при двухполупериодном выпрямлении K_ф =1,11.

Для симметричных прямоугольных импульсов, когда длительность импульса равна половине периода (такие импульсы называются «меандр») (рис. 2.2,а) K_ф = K_а = 1.

Коэффициенты формы и амплитуды однополярных прямоугольных импульсов (рис. 2.2,б) определяются их скважностью Q = T / ; K_а = K_ф = =  .

У треугольных импульсов (рис. 2,г,в) K_ф = 1,16; K_а = 1,73.

а б в г

Рис. 2.2. Некоторые формы сигналов: а – «меандр»; б – прямоугольные импульсы;

в – треугольные импульсы; г – прямоугольные смещенные импульсы

Среднее значение среднему арифметическому всех мгновенных значений за период

.

При определении среднего значения учитывается знак мгновенного значения напряжения (рис. 2.2,г). Среднее значение синусоидального напряжения равно нулю.

16) Электромеханические измерительные приборы

Электромеханические измерительные приборы отличаются простотой, дешевизной, высокой надежностью, разнообразием применения и относительно высокой точностью. Электромеханический прибор включает в себя измерительную цепь, измерительный механизм и отсчетное устройство.

Измерительная цепь служит для преобразования измеряемой электрической величины в другую электрическую величину, непосредственно воздействующую на измерительный механизм. Измерительный механизм преобразует электрическую величину в угол поворота подвижной части. Отсчетное устройство служит для визуального отсчитывания значений измеряемой величины в зависимости от угла поворота подвижной части.

Несмотря на различие приборов с различными изиерительгными механизмами, имеется ряд деталей и узлов, общих для всех электромеханических приборов.

Корпус прибора защищает прибор от внешних воздействий, например от попадания в него пыли.

Осчетное устройство электромеханического прибора состоит из шкалы и указателя. Шкала прибора обычно представляет собой пластину, на которой нанесены отметки, соответствующие определенным значениям измеряемой величины.

Указатель представляет собой перемещающуюся вдоль шкалы стрелку, жестко скрепленную с подвижной частью измерительного механизма прибора. В качестве указателя применяют также световой луч, отраженный от зеркальца, укрепленного на оси подвижной части. Луч света попадает на шкалу и образует на ней световое пятно, например, с темной нитью посередине. При повороте подвижной части световой указатель перемещается по шкале.

Крепление подвижной части осуществляется с помощью опор, растяжек или подвеса (рис. 2.3).

Опоры состоят из кернов и подпятников. Керны представляют собой отрезки стальной проволоки, заточенные с одной стороны на конус. Подпятники имеют вид цилиндра с коническим углублением по оси. Они чаще всего изготовляются из агата или корунда. Керны, укрепленные на подвижной части по оси вращения, входят в углубления подпятников, расположенные на неподвижной части. Недостаток установки на опорах – трение, которое вызывает погрешность.

а б в

Рис. 2.3. Способы крепления подвижной части прибора: а – с помощью опор;

б – на растяжках; в – на подвесе; 1 – корпус; 2 – винт;

3 – подпятник; 4 – керн;

5 – ось, 6 – растяжка; 7 – пружина; 8 – рамка; 9 – подвес; 10 – зеркало

Подвижная часть может быть подвешена на двух растяжках, представляющих собой упругие металлические ленты, прикрепляемые одним концом к подвижной части, а другим – к неподвижным деталям прибора. В случае необходимости растяжки могут быть использованы и для подвода тока в обмотку подвижной части.

Подвешивание подвижной части на подвесе применяется в приборах высокой чувствительности – гальванометрах. Подвес – тонкая, упругая лента. Приборы, в которых применен подвес, требуют установки по уровню, поскольку подвижная часть висит свободно и отклонение положения прибора от вертикального может вызвать ее касание с неподвижной частью.

Н еобходимая степень успокоения (требуемое время успокоения) достигается в приборах путем применения устройств, называемых успокоителями. Применяют магнитоиндукционные, жидкостные и воздушные успокоители (р. 2.4).

Рис. 2.4. Конструкции успокоителей: а – магнитоиндукционного; б – жидкостного;

в – воздушного; 1 – постоянный магнит; 2 – алюминиевая пластина; 3 – корпус;

4 – подвижная часть механизма; 5 – вязкая жидкость; 6 – камера; 7 – пластина

а б в

Магнитоиндукционное успокоение создается при движении металлических деталей подвижной части в магнитном поле. Момент успокоения возникает в результате взаимодействия магнитных полей и наводимых токов, возникающих в движущихся металлических деталях. Магнитоиндукционный успокоитель (рис. 2.4,а) состоит из постоянного магнита и перемещающейся в его рабочем зазоре металлической пластины (из алюминия), укрепленной на подвижной части. Роль успокоителя может играть также короткозамкнутый виток подвижной части, перемещающийся в поле магнита.

Жидкостное успокоение достигается тем, что подвижная часть измерительного механизма или ее отдельные детали помещаются в вязкую жидкость (рис. 2.4,б). Поэтому при колебаниях подвижной части расходуется энергия колебаний подвижной части, т.е. создается необходимое успокоение.

Воздушный успокоитель (рис. 2.4,в) состоит из камеры и находящейся внутри нее пластины, скрепленной с подвижной частью. При колебаниях подвижной части в камере создается разность давлений по обе стороны пластины. Эта разность давлений препятствует свободному перемещению подвижной части и вызывает ее успокоение.

Для установки указателя на требуемую отметку в электромеханических приборах применяют устройство, называемое корректором. Корректор содержит винт, укрепленный на корпусе прибора, поворачивая который, можно закручивать пружинки, растяжки или подвес и тем самым поворачивать подвижную часть прибора и устанавливать указатель на требуемую отметку.

Некоторые приборы снабжают арретиром – устройством, затормаживающим подвижную часть прибора.