Приборы электродинамической системы

П редназначены для измерения тока, напряжения, мощности в цепях постоянного и переменного тока. Принцип действия приборов электродинамической системы основан на взаимодействии катушек, по которым протекает измеряемый ток. На рис. 1.4. схематично изображено устройство электродинамического прибора. Внутри неподвижно закреплённой катушки 2 может вращаться на оси 5 подвижная катушка 3, с которой жёстко связана стрелка 1. Противодействующий момент создаётся спиральной пружиной 6. Для устранения колебаний подвижных частей прибора применяется демпфер 4.

Вращающий момент М₁, действующий на подвижную катушку, пропорционален току I₁ в неподвижной катушке и току I₂ в подвижной катушке:

(1.14)

Противодействующий момент

(1.15)

При равновесии и

(1.16)

Если катушки соединены последовательно, то

(1.17)

Полученные выражения показывают, что шкала приборов электродинамической системы неравномерна.

При изменении направления тока в обеих катушках направление вращающего момента не изменяется, из чего следует пригодность приборов этой системы для измерения параметров переменного тока. Точность и чувствительность электродинамических приборов для переменного тока очень высоки.

Таблица 1.3.

Некоторые условные обозначения в электрических схемах

1 .3.5. Устройство многопредельных приборов. Шунтирующие и дополнительные сопротивления

Чтобы увеличить диапазон измерения силы тока в n, раз необходимо, чтобы через амперметр с сопротивлением R_A по-прежнему проходил ток силой I_max, а ток (n − 1)I_max проходил через параллельный амперметру шунт R_ш (рис. 1.5.). Напряжение между точками А и В

. (1.18)

Отсюда видно, что сопротивление шунта

(1.19)

Чтобы увеличить диапазон измерения напряжения в n раз необходимо, чтобы на вольтметр с сопротивлением R_V приходилось бы напряжение U_max, а на добавочном сопротивлении (n − 1)U_max (рис. 1.6).

Так как через вольтметр и добавочное сопротивление протекает ток одной и той же силы, то

(1.20)

Откуда добавочное сопротивление

(1.21)

Многопредельные вольтметры и амперметры включают в себя системы шунтов и добавочных сопротивлений, которыми изменяют пределы измеряемых величин.

Многопредельный прибор следует включать так, чтобы относительная погрешность измерения была минимальной. Иногда многопредельные приборы снабжают различными шкалами. Отсчёт производится по шкале, цена деления которой наиболее удобна для снятия отсчётов. Часто приборы имеют одну шкалу. В таких случаях значение измеряемой величины определяется по формуле

(1.22)

где А − максимальное значение измеряемой величины, которое можно определить на данном пределе измерений; n_i − показание стрелки прибора в делениях шкалы; n − полное число делений шкалы.

Влияние измерительных приборов на работу электрической схемы

Всегда надо помнить о том, что включение в схему измерительного прибора изменяет условия её работы. Поэтому измеренные прибором значения силы тока или напряжения будут отличаться от тех значений, которые существуют в схеме без прибора.

Так, если измерять неизвестное сопротивление резистора с помощью амперметра и вольтметра, то нужно подключить резистор к источнику тока и измерить силу тока, текущего через резистор, и напряжение на нем. Затем, используя закон Ома, определить значение неизвестного сопротивления:

(1.23)

Возможные схемы подключения амперметра и вольтметра изображены на рис. 1.7 и рис. 1.8.

П ервая схема применяется тогда, когда внутреннее сопротивление вольтметра R_V >> R_X. Сила тока, измеряемая амперметром,

(1.24)

Если R_V >> R_X то R_X  U₁/I₁. При этом внутреннее сопротивление амперметра R_A влияния на результат измерения не оказывает.

При использовании второй схемы напряжение, измеряемое вольтметром,

(1.25)

И если R_X >> R_A, то R_X  U₂/I₂. При этом внутреннее сопротивление вольтметра влияния на результат измерения не оказывает.

При значениях R_X, R_A, R_V одного порядка необходимо воспользоваться обеими схемами одновременно. При использовании второй схемы

(1.26)

а при использовании первой схемы, считая, что U₂ равно внешнему напряжению, подаваемому на обе схемы, имеем:

(1.27)

Выражая из (1.26) внутреннее сопротивление амперметра

(1.28)

и подставляя его значение в (5), получаем, что

(1.29)

Так как порядок величины сопротивления резисторов может быть неизвестен, то необходимо использовать обеими схемами и по полученным результатам определить, какими значениями U и I необходимо пользоваться, чтобы с достаточной точностью рассчитать значение R_X.

Экспериментальные задания