Электростатические измерительные приборы - ELSTROIKOMPLEKT.RU

Электростатические измерительные приборы

Электростатические измерительные приборы

Принцип работы электростатических измерительных приборов основан на взаимодействии электрически заряженных электродов, разделенных диэлектриком.

Рис. 5.17. Устройство электростатического ИМ

Конструктивно электростатические приборы представляют собой разновидность плоского конденсатора, так как в результате перемещения подвижной части изменяется емкость системы. Практическое применение нашли приборы с поверхностным механизмом (изменение емкости осуществляется за счет изменения активной площади электродов) и с линейным механизмом (изменение емкости осуществляется за счет изменения расстояния между электродами).

На рис. 5.17 представлен прибор с поверхностным ИМ. Он состоит из неподвижных 1 и подвижных 2 электродов, укрепленных на оси. Электроды выполняют из алюминия. Измеряемое напряжение U, приложенное к неподвижным и подвижным электродам, создает между ними электростатическое поле, энергия которого wэ = CU 2 /2, где С — емкость между электродами.

Электростатические силы взаимодействия заряженных электродов создают вращающий момент, под действием которого подвижные электроды втягиваются в пространство между неподвижными и изменяют активную площадь электродов, т. е. изменяют емкость С:

Подвижные электроды втягиваются до тех пор, пока вращающий момент не станет равен противодействующему моменту. Из условия равенства моментов следует, что

α = (0,5/W) U 2 (∂C/∂α). (5. 39;

Шкала прибора квадратичная, поэтому изменение полярности приложенного напряжения не изменяет направления вращения. При приложенном переменном напряжении прибор реагирует на среднее значение момента за период

где u(t) = Umsinωt — мгновенное значение переменного напряжения; U — среднеквадратическое значение напряжения.

Достоинства электростатических приборов — высокое входное сопротивление; малая, но переменная входная емкость; малая мощность потребления; возможность использования как в цепи постоянного, так и в цепи переменного токов; широкий частотный диапазон; независимость показаний от формы кривой измеряемого напряжения. Показания прибора соответствуют среднеквадратическому значению измеряемого напряжения.

Недостатки— квадратичная шкала; малая чувствительность из-за слабого собственного электрического поля; невысокая точность; возможность пробоя между электродами; необходимость экрана.

Электростатические вольтметры применяют для измерения в цепях с маломощными источниками и при лабораторных исследованиях в цепях высокого напряжения. В совокупности с электронными усилителями их используют как высокочувствительные электрометры и вольтметры переменного тока.

Логометры

Логометры — приборы электромеханической группы, измеряющие отношение двух электрических величин Y1 и Y2:

где n — коэффициент, зависящий от системы ИМ.

Особенность логометров заключается в том, что вращающий М и противодействующий Мα моменты в них создаются электрическим путем, поэтому логометр имеет два воспринимающих элемента, на которые воздействуют величины Y1 и Y2, составляющие измеряемое отношение. Направления величин Y1 и Y2 должны выбираться такими, чтобы моменты М и Мα, действующие на подвижную часть, были направлены навстречу друг другу; при этом подвижная часть будет поворачиваться под действием большего момента. Для выполнения этих условий моменты М и Мα должны по-разному зависеть от угла отклонения подвижной части прибора.

Источниками погрешности логометра служат неидентичное выполнение двух воспринимающих элементов, особенно при наличии ферромагнитных материалов; наличие в логометре дополнительных моментов Мдоп (от трения в опорах, безмоментных подводок, неуравновешенности подвижной части). Следовательно,

Присутствие дополнительного момента Мдоп делает показания логометра зависящими от побочных факторов (например, напряжения). Поэтому на шкале логометра указывают рабочий диапазон напряжения, в пределах которого градуировка шкалы справедлива. Верхний предел напряжения определяется максимальной мощностью, выделяемой в цепях логометра, а нижний — Мдоп. Стрелка, не включенного под напряжение логометра, из-за отсутствия механического противодействующего момента занимает безразличное положение.

Рис. 5.18. Устройство механизма магнитоэлектрического логометра

Действие магнитоэлектрического логометра заключается в следующем.

В неравномерное магнитное поле постоянного магнита (рис. 5.18) помещают подвижную часть ИМ, содержащую две рамки, жестко скрепленные под углом d = 30°-90° и насаженные на общую ось. Токи I1 и I2 подводят к рамкам с помощью безмоментных токоподводов. Направление токов таково, что ток I1 создает вращающий, а I2 — противодействующий моменты:

где Ψ1, Ψ2 —потоки, создаваемые магнитом и сцепленные с рамками.

Моменты М и Mα изменяются в зависимости от изменения угла α. Максимальные значения моментов будут сдвинуты на угол d, что позволяет получить на рабочем участке уменьшение М и увеличение Mα. При равновесии I1(∂Ψ1/∂α) = I2(∂Ψ2/∂α), откуда

где f1(α), f2(α) — величины, определяющие скорость изменения потокосцепления.

Из равенства моментов следует, что

Если отношение токов выразить через искомую величину X, то

Существование данной функциональной зависимости возможно при выполнении основного условия работы логометра, т.е. при ∂Ψ1/∂α ≠ ∂Ψ2/∂α, которое обеспечивается при искусственно созданной неравномерности магнитного поля в воздушном зазоре логометра. Магнитоэлектрические логометры применяют для измерения сопротивлений, частоты и неэлектрических величин,

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ — конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

Электростатические измерительные приборы

Электростатические приборы обладают целым рядом отличительных особенностей, обусловливающих их значительные преимущества по сравнению с приборами других систем. Это, прежде всего, малое собственное потребление мощности от источника измеряемого напряжения, сравнительно высокая точность, возможность использования их в широком диапазоне частот (от 20 Гц до 35 МГц), незначительная зависимость показаний от частоты и формы кривой измеряемых напряжений, возможность использования для непосредственного измерения (без применения измерительных трансформаторов напряжения) высоких напряжений (до 300 кВ), независимость показаний от внешних магнитных полей и др. К основным недостаткам этих приборов относятся: сильная зависимость показаний от внешних электрических полей, малое значение вращающего момента и низкая чувствительность, неравномерная шкала и др.

Основу всех электростатических приборов составляют электростатические измерительные механизмы.

Принцип действия электростатических преобразователей основан на взаимодействии электрических полей двух тел (систем пластин), заряженных разноименными зарядами. В результате такого взаимодействия одна из систем, являющаяся подвижной, перемещается относительно неподвижной системы пластин, вызывая при этом отклонение стрелки отсчетного устройства, связанной с подвижной частью преобразователя, в сторону возрастающих показаний. Перемещение подвижной части преобразователя относительно неподвижной вызывает изменение емкости между ними. Конструктивно подвижная и неподвижная части ИМ выполняются в виде пластин.

Все существующие электростатические преобразователи можно разделить на два вида: преобразователи, у которых изменение емкости достигается за счет изменения активной площади взаимодействующие пластин (рисунок 6,a), и преобразователи, у которых емкость изменяется за счет изменения расстояния между пластинами (рисунок 6,б).

Рисунок 6 — Электростатические измерительные преобразователи

Преобразователи первого вида применяются в вольтметрах, предназначенных для измерения низких напряжений, второго вида — в киловольтметрах.

Подвижная часть преобразователя с изменяющейся активной площадью пластин (см. рисунок 6,а) состоит из одной или нескольких тонких алюминиевых пластин 2, закрепленных на оси 3. Неподвижная часть образуется одной или несколькими камерами 1, состоящими из металлических пластин с воздушным зазором между ними. Увеличение числа камер и лучей у подвижных пластин приводит к повышению чувствительности преобразователя. Форма подвижных и неподвижных пластин выбирается или рассчитывается исходя из необходимости обеспечения равномерного характера шкалы прибора. При подаче на подвижные и неподвижные пластины измеряемого напряжения они окажутся заряженными разноименными зарядами и между ними возникнут силы электростатического притяжения, в результате действия которых подвижные пластины будут поворачиваться, стремясь зайти внутрь камер. Вместе с подвижными пластинами будет поворачиваться и ось 3 с закрепленной на ней стрелкой отсчетного устройства. При этом будут закручиваться упругие элементы, создающие противодействующий момент. Подвижная часть остановится при равенстве вращающего и противодействующего моментов. Значение измеряемого напряжения будет определяться углом отклонения стрелки относительно начала шкалы. Для успокоения подвижной части в электростатических преобразователях используются магнитоиндукционные или крыльчатые, воздушные успокоители. Вследствие того, что вращающий момент у электростатических преобразователей мал, для увеличения их чувствительности применяют крепление подвижней части на растяжках и световой отсчет. При этом уменьшаются масса и момент инерции подвижной части и улучшается характер шкалы.

Читайте также  Прибор для измерения сопротивления обмоток трансформатора

У электростатических преобразователей с изменяющимся расстоянием между пластинами (рисунок 6,б) неподвижная часть образована двумя пластинами 1, между которыми находится подвешенная на тонких неупругих металлических подвесах 2 подвижная пластина 3, гальванически соединенная с одной из неподвижных пластин и изолированная от другой. При подаче на подвижную и изолированную неподвижную пластины измеряемого напряжения подвижная пластина будет притягиваться к разноименно заряженной изолированной неподвижной пластине и одновременно отталкиваться от одноименно заряженной неподвижной пластины (независимо от полярности подключения измеряемого напряжения). Через тягу 7 и мостик 4 перемещение подвижной пластины вызывает поворот оси 6 с закрепленной на ней стрелкой 5. При этом возникает противодействующий момент, создаваемый массой подвижной пластины. Установившееся показание стрелки будет при равенстве вращающего и противодействующего моментов. Вольтметры с такими преобразователями требуют первоначальной установки в такое положение, при котором стрелка будет находиться на нулевой отметке (при отсутствии измеряемого напряжения).

Из вышесказанного можно сделать некоторые выводы о свойствах, достоинствах и недостатках электростатических преобразователей и приборов на их основе:

— электростатические преобразователи могут непосредственно измерять только напряжение;

— электростатические преобразователи могут применяться для измерений напряжений постоянного и переменного токов;

— вращающий момент в электростатических преобразователях сравнительно мал, и они обладают низкой чувствительностью по напряжению;

— точность электростатических преобразователей может быть достаточно высокой, так как на их показания незначительно влияют частота и форма кривой измеряемого напряжения, внешние магнитные поля и температура окружающей среды. Электростатические вольтметры могут изготавливаться с классами точности до 0,05;

— собственное потребление мощности из измерительной цепи для электростатических преобразователей мало, так как при измерениях в цепях постоянного тока оно обусловлено лишь кратковременным током заряда и незначительными токами утечки через изоляцию, а на переменном токе определяется током, протекающим через малую емкость преобразователя и диэлектрическими потерями в изоляции;

— функция преобразования электростатических преобразователей по своему характеру является квадратичной, однако соответствующим выбором формы пластин, т.е. закона изменения емкости при изменении угла поворота, можно получить практически равномерную шкалу на участке от 20 до 100 % от ее верхнего предела;

— электростатические преобразователи сильно подвержены влиянию внешних электрических полей и требуют их экранировки;

— электростатические преобразователи могут работать в широком частотном диапазоне (до 35 МГц), который ограничивается влиянием собственной емкости преобразователя, паразитных реактивностей и активного сопротивления проводов и растяжек;

— с помощью электростатических вольтметров можно непосредственно измерять высокие напряжения (до 300 кВ);

— электростатические преобразователи могут использоваться для измерения кроме напряжения и других электрических величин: мощности, сопротивления и индуктивности.

Электростатические вольтметры и электрометры

Электростатические приборы наиболее широко используются в электроизмерительной технике в виде различных вольтметров. Кроме того, для измерения напряжения и других функционально связанных с ним величин (мощность, сопротивление и т.п.) используются так называемые электрометры электростатической системы.

Для измерения низких напряжений (от десятков до сотен вольт) используются преимущественно вольтметры, созданные на базе ИП с изменяющейся активной площадью пластин (см. рисунок 6,а). При этом для обеспечения достаточной чувствительности расстояние между подвижными и неподвижными пластинами делается очень малым (десятые доли миллиметра) и при случайных ударах, толчках, вибрации и т.д. возникает опасность короткого замыкания пластин, а значит и источника измеряемого напряжения. Для предохранения преобразователя от выхода из строя вследствие протекания через него больших токов при коротком замыкании внутрь низковольтных вольтметров встраивается защитный резистор, ограничивающий эти токи (рисунок 7).

Значение защитного сопротивления определяется исходя из допустимого тока через растяжки, на которых крепится подвижная часть, при коротком замыкании пластин. Вольтметр при этом подключается к источнику измеряемого напряжения с помощью зажимов 1 и 2. При частотах измеряемого переменного напряжения порядка сотен килогерц защитный резистор вызывает большие дополнительные частотные погрешности за счет емкостного тока, поэтому он отключается и вольтметр включается в электрическую цепь зажимами 1 и Э (экран).

В вольтметрах, рассчитанных на измерение более высоких напряжений, расстояния между пластинами достаточно велики и защитные резисторы не используются. При измерениях высокочастотных напряжений в электрических цепях с несимметричным выходом зажим Э, соединенный с внутренним экраном прибора, должен обязательно заземляться.

Рисунок 7 — Схема включения электростатического измерительного преобразователя

Расширение пределов электростатических вольтметров осуществляется главным образом с помощью делителей напряжения: емкостных — при измерениях на переменном токе и резистивных — на постоянном токе.

Электростатические измерительные приборы

Основой электростатических приборов является электростатический измерительный механизм с отсчетным устройством. Они применяются, главным образом, для измерения напряжений переменного и постоянного тока. Находят применение также электрометры — электростатические приборы специальной конструкции, требующие вспомогательных источников питания. Электрометры обладают повышенной чувствительностью к напряжению.

Измерительный механизм.

Вращающий момент в электростатических механизмах возникает в результате взаимодействия двух систем заряженных проводников, одна из которых является подвижной.

Устройство одного из видов электростатических измерительных механизмов с изменяющейся активной площадью пластин показано на рис. 5-22, где 1 — система неподвижных металлических пластин; 2 — зеркало; 3 — растяжки для создания противодействующего момента и подвода напряжения к подвижным пластинам; 4 — система подвижных металлических пластин.

Если к неподвижным и подвижным пластинам приложить напряжение, то они окажутся заряженными противоположными по знаку зарядами, в результате чего подвижные пластины будут притягиваться к неподвижным, т. е. будут стремиться втянуться между неподвижными. Вращающий момент

где — энергия электростатического поля системы заряженных пластин; С — электрическая емкость между подвижными и неподвижными пластинами; и — напряжение между подвижными и неподвижными пластинами.

Если напряжение постоянное, то вращающий момент

Если то мгновенный вращающий момент

Таким образом, вращающий момент имеет постоянную и гармоническую составляющие. Отклонение подвижной части обычно применяемого электростатического измерительного механизма под действием переменного напряжения промышленной и более высокой частоты определяется постоянной составляющей момента, которая может быть записана в таком виде:

Рис. 5-22. Устройство электростатического измерительного механизма

Рис. 5-23. Схема электростатического вольтметра

где — действующее напряжение.

При искаженной форме напряжения вращающий момент

где — квадрат искаженного по форме действующего напряжения; постоянная и гармонические составляющие приложенного напряжения.

Если противодействующий момент создается упругими элементами, то угол поворота подвижной части

Из выражения (5-24) следует, что зависимость угла отклонения подвижной части от напряжения нелинейна и что поворот подвижной части одинаков как при постоянном напряжении, так и при напряжении переменного тока, имеющем действующее значение, равное значению постоянного напряжения. Линейную зависимость угла отклонения а от напряжения (для значительной части диапазона измерений) получают, изготовляя подвижные пластины специальной формы, при которой является требуемой функцией а.

Следующие особенности электростатических измерительных механизмов придают электростатическим приборам положительные свойства. Электростатические измерительные механизмы

имеют малое собственное потребление мощности от измеряемой цепи; на постоянном токе это потребление равно нулю. На эти механизмы малое влияние оказывают температура окружающей среды, частота и форма измеряемого напряжения, отсутствует влияние магнитных полей. К достоинствам следует отнести возможность изготовления вольтметров для высоких напряжений до сотен киловольт без громоздких, дорогих и потребляющих большую мощность добавочных резисторов и измерительных трансформаторов.

Читайте также  Прибор для установки спутниковых антенн своими руками

Однако электростатические измерительные механизмы имеют малую чувствительность и на них сильно влияют внешние электростатические поля. Для защиты от внешних электростатических полей применяют металлические экраны.

Вольтметры.

Основой электростатических вольтметров является электростатический измерительный механизм, входной величиной которого является напряжение. Поэтому измеряемое вольтметром напряжение непосредственно подается на измерительный механизм. Вольтметры на разные пределы измерений имеют разные конструкции измерительного механизма. У вольтметров на малые и средние напряжения воздушный зазор между пластинами очень мал, поэтому возникает опасность короткого замыкания пластин, а следовательно, и источника измеряемого напряжения при случайных ударах, тряске и т. Для исключения этого внутрь вольтметра встраивается защитный резистор и прибор включается в цепь посредством зажимов (рис. 5-23). При измерении напряжений повышенной частоты (сотни килогерц) защитный резистор во избежание дополнительной погрешности отключается путем включения прибора через зажимы 1 и Э (экран). При измерениях в несимметричных цепях, особенно при повышенных частотах, заземляющий провод обязательно подключается к зажиму, соединенному с внутренним экраном прибора (зажимы Э или 2). Для уменьшения дополнительной погрешности при измерениях в цепях высокой частоты длина проводов должна быть минимальной.

Шкала электростатических вольтметров в пределах 25— 100 % обычно равномерна, что достигается подбором формы подвижных пластин.

Расширение пределов измерений электростатических вольтметров при измерении переменного напряжения осуществляют включением последовательно с вольтметром, имеющим собственную емкость С в, добавочного конденсатора или использованием емкостного делителя, состоящего из конденсаторов известной емкости

В первом случае напряжение на вольтметре определяется выражением Зависимость емкости от

угла поворота подвижной части приводит к дополнительной погрешности измерений.

При использовании емкостного делителя где — емкость конденсатора, параллельно которому подключен вольтметр. Если то коэффициент деления окажется практически постоянным для всех значений измеряемого напряжения.

Расширение пределов измерений электростатических вольтметров на постоянном токе осуществляют с помощью резистивных делителей напряжения.

В настоящее время промышленность выпускает несколько типов электростатических вольтметров с верхними пределами измерений от 30 В до классов точности 0,5; 1,0; 1,5 на частотный диапазон до 14 МГц. Потребление мощности на постоянном токе очень мало и определяется несовершенством изоляции. Входное сопротивление электростатических вольтметров достигает Ом. Потребление мощности при измерении в цепях переменного тока зависит от емкости измерительного механизма и частоты измеряемого напряжения.

На основе электростатических электрометров могут быть построены ваттметры для измерения мощности в широком диапазоне частот токов и напряжений с искаженной формой кривой, для измерения мощности при малом коэффициенте мощности

Электростатические (ЭС) измерительные приборы.

Электростатические приборы имеют ряд отличительных особенностей, дающих им существенные преимущества перед приборами других систем. К ним относятся: весьма малое* собственное потребление мощности, широкий частотный диапазон (от 20 Гц до 35 МГц), малая зависимость показаний от изменений формы кривой измеряемого напряжения, а также возможность использования их в цепях постоянного и переменного токов для непосредственного измерения высоких напряжений (до 300 кВ) без применения измерительных трансформаторов напряжения. Наряду с этим электростатические приборы имеют и недостатки: они подвержены сильному влиянию внешних электростатических полей, обладают низкой чувствительностью к напряжению, имеют неравномерную шкалу, которую необходимо выравнивать за счет выбора формы электродов, пластин, и др.

Весьма малое потребление мощности из измерительной цепи особенно при работе электростатического прибора на постоянном токе, объясняется тем, что оно обусловлено только кратковременным зарядным током и протеканием весьма малых токов утечки через изоляцию. На переменном токе потребление мощности также невелико ввиду малой емкости ИМ и малых диэлектрических потерь в изоляции. Применение в современных конструкциях хороших изоляционных материалов позволяет свести токи утечки диэлектрические потери в изоляции до ничтожно малых значений. Точность электростатических приборов можно получить высокой за счет применения специальных конструктивно-технологи­ческих мероприятий по снижению погрешностей. В настоящее время разработаны переносные приборы (рис. 28) классов точности 0,2; 0,1 и 0,05.

Указанные свойства электростатических приборов определяют и области их применения. Эти приборы используют главным образом для измерения напряжения в цепях постоянного и переменного токов. Отечественная промышленность выпускает щи­товые вольтметры на напряжения от 30 В до 15 кВ классов точности 1,0 и 1,5 с частотным диапазоном от 20 Гц до 3

МГц. Переносные вольтметры классов точности 0,5; 1,0 и 1.5 выпускаются на напряжения от 10 В до 3 кВ с частотным диапазоном до 35 МГц.

Рисунок28- Измерительный механизм переносного электростатического прибора

Вольтметры самой высокой точности (классов 0,05 и 0,1) имеют пределы измерения 50, 150 и 300В и частотный диапазон от 20 Гц до 500 кГц. С каждым годом увеличивается выпуск высоковольтных приборов на напряжения от 7,5В до 300 кВ.

Кроме измерения напряжения электростатические приборы используют для измерения других электрических величин (мощ­ности, сопротивления, индуктивности и т. п.). Измерительные механизмы электростатической системы (рисунок 28) применяют также во многих специальных приборах (автокомпенсаторах, компараторах, высокочувствительных электрометрах и др.).

Конструкции измерительных механизмов и измерительные цепи

Электростатический ИМ представляет собой систему подвиж­ных и неподвижных электродов. Под действием измеряемого напряжения подвижные электроды поворачиваются относительно неподвижных в сторону увеличения емкости системы. Выражение для вращающего момента ИМ . Из него следует, что для создания вращающего момента необходимо не только наличие напряжения между электродами, но и изменение емкости между ними, достигаемое за счет изменения активной площади электродов или расстояния между ними (в киловольтметрах) в зависимости от угла отклонения.

В выпускаемых приборах применяют различные по форме и размерам системы электродов. Они состоят из неподвижных электродов, устанавливаемых на керамических изоляторах, и под­вижных, закрепляемых на осях подвижных частей. Для успокоения используют секторы подвижных электродов (в магнитоиндукционных успокоителях).

Рисунок29 Устройство ЭС прибора.

Уравнение шкалы:

где U- напряжение, приложенное к телам (пластинам);

С- емкость системы заряженных тел.

На рисунке 29 показано устройство ЭС (конденсаторного) прибора. Механизм данного прибора состоит из камеры и пластины из цветного металла, для того, чтобы металл не поддавался коррозии. Камера состоит из двух пластин эллипсоидального вида. Это сделано для того, чтобы выровнять шкалу прибора, т.к. уравнение емкости носит нелинейный характер.

Противодействующая пружина (4) изготовлена по специальной технологии с термической закалкой из бериллиевой бронзы, в качестве подпятника используется синтетический агат, корунд, сапфир, рубин, для того, чтобы с течением времени не менялся момент трения между подпятником и опорой (осью-керном).

Погрешности.

Основная погрешность электростатических приборов складывается не только из погрешностей, характерных для многих систем электромеханических приборов (погрешности отсчета от упругого последствия растяжек, от изменения частоты и т. д.), но и из таких специфических погрешностей, как погрешности от контактной разности потенциалов, термо ЭДС, поляризации диэлектриков и др.

Погрешность от контактной разности потенциалов обусловлена разностью работ выхода электронов с поверхности электродов в диэлектрик. При перемене полярности измеряемого постоянного напряжения или при переходе с постоянного тока на переменный контактная разность потенциаловUKвызывает погрешность

где U ном—номинальное значение измеряемого напряжения.

Для снижения UK до уровня 20—50 мВ применяется специальная технология обработки поверхности электродов.

Погрешность от термо ЭДС появляется в результате применения разнородных проводниковых материалов в измерительной цепи и наличия перепада температур в объеме ИМ. Значения этой погрешности определяется аналогично погрешности Yк от контактной разности потенциалов.

Погрешность от поляризации диэлектрика возникает при подаче напряжения между электродами и обусловливает появление обратной ЭДС в измерительной цепи. Для снижения влияниям поляризации диэлектрика применяют изоляционный материал с малым значением диэлектрической проницаемости, а также экранируют диэлектрик от подвижного электрода путем металлизации свободной поверхности, обращенной к подвижному электроду. Металлическое покрытие диэлектрика выполняют одинаковым с покрытием электродов и электрически соединяют с подвижной частью.

Читайте также  Прибор для включения и выключения света

Частотная, погрешность (в номинальной области частот) возникает из-за наличия собственной емкости прибора совместной с индуктивностью проводов, вызывая резонансные явления в цепи прибора

где f — частота измеряемого напряжения; f— резонансная частота цепи прибора (в пределах 30—100 МГц).

Температурная погрешность электростатического прибора вызывается изменениями упругости материала растяжек и емкости ИМ с изменением температуры:

где Bw — термоупругий коэффициент растяжек, определяемый по ГОСТ 9444 — 74; Bc—температурный коэффициент изменения емкости ИМ.

Отсюда следует, что в приборах класса точности 0,5 и ниже компенсации температурной погрешности не требуется. В приборах же высоких классов точности для компенсации температурной погрешности применяют дополнительные меры, например крепление натяжных пружин для растяжек на термобиметаллических пластинах, воздействующих на натяжение растяжек при изменении температуры. Для снижения влияния других внешних факторов также используют различные конструктивные меры.

Достоинства: слабо влияют магнитные поля, температурная среда и частота измеряемого напряжения, потребление мощности прибором мало, высокий класс точности, высокий диапазон измерений, применимы на любом токе, шкала практически равномерная.

Недостатки: сильное влияние электростатических полей, сложная конструкция, низкая надежность.

Электростатические измерительные приборы

Электродинамические измерительные приборы В структуру прибора входят: ИЦ, ИМ, ОУ. Принцип действия основан на взаимодействии магнитного поля неподвижных катушек с полем подвижной катушки, по обмотке которой протекает измеряемый ток. В результате этого взаимодействия возникает вращающий момент, который отклоняет подвижную часть относительно неподвижной. Применяют: для измерения силы тока, напряжений и мощности в цепях постоянного и переменного тока, угла фазового сдвига между переменными токами и напряжениями. ИМ состоит из 2-х последовательно соединенных неподвижных катушек 1, разделенных между собой воздушным зазором, и подвижной катушки 2. Ток к подвижной катушке подводится через спиральные пружины или растяжки, создающие противодействующий момент. Неподвижные катушки одинаковы, имеют круглый или прямоугольный каркас, на который намотана обмотка из медного провода. Кол-во витков в подвижной катушке больше, чем кол-во витков неподвижной катушки. Подвижная катушка обычно бескаркасная, выполняется из медного или алюминиевого провода, крепится на растяжках или на оси. При протекании тока по обмоткам катушек возникает два магнитных поля, при взаимодействии которых подвижная катушка будет отклоняться, то есть будет стремиться занять такое положение, при котором магнитные поля катушек совпадут. , где — коэффициент пропорциональности, определяется конструктивными особенностями ИМ. Противодействующий момент создается механическими силами: — уравнение шкалы α – угол отклонения подвижной части ИМ При изменении направления токов в катушке не влияет на отклонение подвижной части ИМ, поэтому не актуально соблюдение полярности. Успокоение создается воздушным или магнитоиндукционным успокоителем. Собственное магнитное поле слабое, поэтому подвержены влиянию внешнего магнитного поля. Для устранения влияния внешнего магнитного поля измерительный механизм экранируют или выполняют астатическим. Особенность ИМ — отсутствие ферромагнитных элементов, поэтому отсутствуют погрешности от вихревых токов и гистерезиса. Эта особенность обеспечивает высокую точность. Принцип действия на пост. токе аналогичен принципу действия магнитоэлектрич. приборов на пост. токе. Отличие в том, что магнитное поле в э/динамических создается полем подвижной катушки. Эксплуатационные характеристики: 1. Самые точные на переменном токе из э/механических 2. Шкала приборов неравномерная (20% от начала шкалы нерабочие, шкала сильно сжата) 3. Собственное магнитное поле слабое 4. Собственное потребление мощности по измерительной цепи значительно 5. Чувствительны к влиянию внешнего магнитного поля 6. Чувствительны к перегрузкам, тряске, вибрациям Ферродинамические измерительные приборы В структуру прибора входят: ИЦ, ИМ, ОУ. Принцип действия основан на взаимодействии магнитного поля неподвижных катушек с полем подвижной катушки, по обмоткам которых протекает измеряемый ток. В результате этого взаимодействия возникает вращающий момент, который отклоняет подвижную часть относительно неподвижной. 1 – неподвижные катушки; 2 – магнитопровод; 3 – подвижная катушка; 4 – стальной сердечник (неподвижный). Конструктивное отличие от электродинамического измерительного механизма: 1. Неподвижные катушки имеют общий магнитопровод. 2. Наличие стального сердечника в схеме Магнитопровод выполнен из магнитомягкого листового материала, позволяет существенно увеличить магнитный поток, и соответственно, вращающий момент. Собственное магнитное поле достаточно сильное, поэтому отсутствуют погрешности от влияния внешнего магнитного поля. Наличие магнитопровода и стального сердечника приводит к появлению погрешности от вихревых токов и гистерезиса. По точности ферродинамические измерительные приборы уступают электродинамическим. Для снижения погрешности от вихревых токов и гистерезиса пластины магнитопровода изолируют друг от друга. Применяют для измерения напряжений, токов и мощности в цепях переменного тока. Благодаря большому вращающему моменту измерительные механизмы применяют в регистрирующих приборах для измерения и регистрации физических величин в цепях переменного тока. , где — коэффициент пропорциональности, определяется конструктивными особенностями ИМ. Противодействующий момент: Уравнение шкалы: α – угол отклонения подвижной части ИМ Успокоители: магнитоиндукционные или воздушные. Крепление подвижной части на кернах с подпятниками. Противодействующий момент создается с помощью спиральных пружин. Эксплуатационные характеристики: 1. Применяют для измерения в цепях переменного тока 2. Точность приборов относительно низкая 3. Имеют большой вращающий момент 4. Чувствительны к колебаниям частоты 5. Не чувствительны к влиянию внешнего магнитного поля 6. Собственное потребление мощности по измерительной цепи невелико

Электростатические измерительные приборы

В структуру прибора входят: ИЦ, ИМ, ОУ.

Применяют только для измерения напряжений в цепях переменного и постоянного тока.

Принцип действия основан на взаимодействии подвижных и неподвижных заряженных электродов, находящихся под напряжением, в результате этого возникает вращающий момент. Электроды образуют конденсатор емкости, значение которой меняется при перемещении подвижной части.

Конструктивно измерительные механизмы:

1. Измерительные механизмы с переменной площадью электродов;

2. Измерительные механизмы с переменным расстоянием между электродами.

1 — система неподвижных металличе­ских пластин

4 — система подвижных металлических пластин

3 – растяжка

Подвижная часть крепится на кернах с подпятниками или на растяжках. Если к пластинам, подвижным и неподвижным, приложить напряжение, то они окажутся заряженными противоположными по знаку зарядами и подвижные пластины будут притягиваться к неподвижным. В результате этого возникает вращающий момент.

— для постоянного тока

где C – электрическая емкость между подвижной и неподвижной пластинами, U – напряжение между подвижными и неподвижными пластинами.

— для перемен. тока

— ур-е шкалы на пост. токе

Отличительная особенность: малое собственное потребление мощности от измеряемой цепи. На постоянном токе эта величина практически равно 0, так как у них большое входное сопротивление. Не влияет на работу изменение температуры окр. среды. Электростатич. приборы не реагируют на изменение частоты и формы исследуемого сигнала. ИМ не подвержен влиянию внешнего магнитного поля.

В качестве успокоителя используется жидкостный успокоитель, либо магнитоиндукционный. В старых разработках – воздушный.

1. Применяются для измерения напряжения в цепях постоянного и переменного тока в широком диапазоне.

2. Большое входное сопротивление, поэтому потребление мощности мало

3. Низкая чувствительность

4. Шкала приборов неравномерная (25% шкалы от начала нерабочие)

5. Подвержены влиянию внешнего электростатического поля. Для устранения этого влияния измерительный механизм экранируют.

6. Не подвержены влиянию внешнего магнитного поля

7. Конструктивно сложны

Дата добавления: 2018-08-06 ; просмотров: 451 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: