3.3. Электродинамическая система
Принцип действия приборов электродинамической системы (рис. 3.3.1) основан на взаимодействии катушек, по которым проходит измеряемый ток. Внутри неподвижно закрепленной катушки на оси может вращаться подвижная катушка, с которой жестко связана стрелка, перемещающаяся над шкалой.
Противодействующий момент создается спиральными пружинами, закрепленными на оси. Измеряемый ток проходит через обе катушки. В результате взаимодействия магнитного поля неподвижной катушки и поля подвижной создается вращающий момент М1=k1I1I2, под влиянием которого подвижная катушка будет стремиться повернуться так, чтобы плоскость ее витков стала параллельной плоскости витков неподвижной катушки, а их магнитные поля совпали бы по направлению. Этому противодействует пружина, вследствие чего подвижная катушка устанавливается в положение, когда вращающий момент М2=k2φ, т.е. k1I1I2=k2φ. Следовательно, уравнение шкалы будет иметь вид
φ =kI1I2, (3.3)
Катушки в электродинамических приборах в зависимости от назначения соединяются последовательно или параллельно. Если катушки прибора соединить параллельно, то он может быть использован как амперметр. Если же катушки соединить последовательно и присоединить к ним добавочное сопротивление, то он может быть использован как вольтметр. Если катушки соединены последовательно, то φ =kI2.
Из приведенных выражений следует, что шкалы электродинамических приборов неравномерны. При перемене тока в обеих катушках направление вращающего момента не меняется, следовательно, приборы этой системы применимы для измерения, как постоянного тока, так и переменного.
Достоинством приборов электродинамической системы является их достаточно высокая точность. К недостаткам приборов данной системы относится неравномерность шкалы, большая чувствительность к перегрузкам, чувствительность к внешним магнитным полям.
3.4. Электростатическая система
Устройство приборов электростатической системы (рис.3.4.1) основано на взаимодействии двух заряженных проводников, которые обычно представляют собой два плоских электрода (1,2), один из которых подвижен (2). Стрелка закреплена на оси (3) и удерживается на нуле пружиной (4).
При подаче напряжения U на электроды, между пластинами возникает сила электростатического взаимодействия F~q2~C2U2,
Где q – заряд на пластинах; С – емкость конденсатора, образованного измерительными электродами и не зависящая от полярности приложенного напряжения.
Вращающий момент силы притяжения пластин пропорционален квадрату напряжения между пластинами M2=k2U2, он уравновешивается моментом силы упругости пружины M1=k1φ, где φ - угол поворота подвижной части прибора. Угол отклонения, таким образом, определяется квадратом поданного напряжения φ=kU2. Выбирая форму подвижной части пластины, можно сделать большую часть шкалы прибора равномерной, но нелинейность в начальной части шкалы останется.
Отличительной особенностью приборов электростатической системы является очень высокое внутреннее сопротивление, достигающее на постоянном токе 1016 Ом, определяемое токами утечки по изоляции и зависящее от влажности.
3.5. Тепловые измерительные системы
Прибор, основанный на тепловом действии тока, содержит тонкую проволоку, закрепленную на концах, через которую пропускают измеряемый ток.
При прохождении по проволоке тока она нагревается, и ее удлинение используют для измерения величины тока. Такие приборы могут быть использованы и на постоянном, и на переменном токе.
Лабораторная работа №1
Изучение электроизмерительных приборов
Методика выполнения работы