Электротехника и электроника. - Немцов М.В.
Скачать (прямая ссылка):
127
гии электрического поля W3 = С(а)и2/2 по координате перемещения а
(HV3 и
da
и2 dC(a) 2 da
где C(a) и и — электрическая емкость между подвижной и неподвижной частями и напряжение между ними.
Сравнивая это выражение с выражением для вращающего момента в электромагнитном механизме (5.5), видим, что относительно и и / они аналогичны. Следовательно, подобно (5.7) с учетом противодействующего момента пружины 3 электростатический механизм позволяет измерять действующее значение синусоидального напряжения и = U1nsinШ и постоянное напряжение U=U
Основные достоинства показывающих приборов электростатической системы — малое потребление энергии, широкий диапазон частот (до 10 МГц), независимость показаний от формы кривой напряжения.
Основные недостатки — низкая чувствительность, неравномерность шкалы. Такие приборы применяют для измерения высоких напряжений.
Индукционная система. В измерительных механизмах индукционной системы используется электромеханическое действие вращающегося магнитного поля.
В индукционном измерительном механизме вращающий момент создается действием результирующего магнитного поля двух электромагнитов синусоидального тока на подвижную часть — алюминиевый диск, в котором это поле возбуждает вихревые токи. Значение вращающего момента зависит от значений токов в электромагнитах и угла сдвига фаз между ними. Это свойство индукционного измерительного механизма используется в приборах для измерения мощности и энергии в цепях синусоидального тока (см. подразд. 5.7).
Логометрами называются показывающие приборы, положение подвижной части которых зависит от отношений значений двух токов. Их применяют для измерения электрических (сопротивле-
нии
1
и2.
a =
cj)(cc)
5.6. Логометры
128
ния, индуктивности, угла сдвига фаз) и неэлектрических (уровня жидкости, влажности и т. п.) величин. Возможно построение лого-метрического механизма любой из рассмотренных в подразд. 5.5 измерительных систем с характерной особенностью — отсутствием противодействующего момента, создаваемого пружиной.
Рассмотрим магнитоэлектрический логометр для измерения сопротивления. В неоднородном поле постоянного магнита (рис. 5.12) расположены две взаимно неподвижные катушки 7 и 2, укрепленные на общей оси со стрелочным указателем. Через эластичные токопро-воды 3 катушки подключаются к общему источнику. Вращающие моменты, действующие на катушки, зависят от их положения в неоднородном магнитном поле, т.е. угла о, и токов
Рис. 5.12
и I2
Rr
(5.9)
где R0 и Rx — известное и неизвестное сопротивления ветвей катушек.
Направления токов /, и I2 выбирают так, чтобы вращающие моменты катушек были направлены навстречу друг другу. Используя обозначения, принятые в (5.3), получим условие равновесия подвижной части
Л/вр1 = B1(O)W1IdI1 = Мвр2 = B2(O)W2IdI2,
(5.10)
где В\(о) и B2(O) — зависимости магнитной индукции поля от значения угла а. Соотношение (5.10) показывает, что угол поворота подвижной части зависит только от отношения значений токов в катушках.
Подставив выражения токов 7, и I2 из (5.9) в (5.10), получим зависимость между значениями измеряемого сопротивления и угла поворота подвижной части
Rx = Rq
W2 B2(O)
W,
= cRf(o).
л B1(O)
Независимость угла поворота подвижной части от значения ЭДС ¦используется в омметрах и мегаомметрах (до 1014 Ом). В последних
129
для контроля электрической изоляции применяют источники ЭДС (до 2500 В) в виде генераторов с ручным приводом (см. подразд. 8.9).
Основное достоинство логометров — независимость показания от значения напряжения источника.
Основные недостатки — неравномерность шкалы, низкий класс точности (не выше 1,5).
5.7. Измерение энергии в электрических цепях синусоидального тока
Схема устройства однофазного индукционного счетчика, включенного в электрическую цепь для измерения активной энергии, потребляемой приемником с сопротивлением нагрузки ZH, показана на рис. 5.13.
Подвижная часть счетчика представляет собой свободно вращающийся алюминиевый диск, на который одновременно действуют в противоположных направлениях вращающий момент, пропорциональный активной мощности приемника,
Л/вр = *врЛ (5.11)
и тормозной момент. При равенстве вращающего и тормозного моментов диск вращается с постоянной частотой.
Для создания тормозного момента используется магнитоиндук-ционный принцип. Поле постоянного магнита индуцирует во вра-
Рис. 5.13
130
щающемся диске ЭДС, значение которой пропорционально потоку Ф постоянного магнита и средней окружной скорости v вращения части диска, находящейся между полюсами:
E= kfov = кіФ2лгп/60 = к2Фп,
где п = QBp60/27t — частота вращения диска, об/мин; г — средний радиус части диска, находящейся между полюсами; ?2вр = v/r — угловая скорость вращения диска.
Под действием этой ЭДС в диске возникает ток, значение которого пропорционально удельной проводимости у материала диска:
/= к3Еу.
Взаимодействие поля постоянного магнита с током в диске создает тормозной момент, пропорциональный току и потоку:
Мтор = ?4/Ф,
или после подстановки выражений для тока и ЭДС
