книги / Общая электротехника и электроника

По приведенной погрешности определяется класс прибо-

ра δпр ≤ δкл.

Класс прибора определяет основную погрешность прибора, т.е. погрешность в условиях использования, принятых нормальными (температура, давление, влажность и т.д.), и бывает равной 4,0; 2,5; 1,5; 1,0; 0,5 и т.д., т.е. нормируется технически. Отклонение внешних условий от нормальных вызывает дополнительные погрешности. Основные условные обозначения на шкалах электроизмерительных приборов приведены в табл. 9.1.

9.2. Аналоговые электроизмерительные приборы: устройство, принцип действия, области применения

Для контроля электрических параметров в электротехнике широкое применение получили аналоговые измерительные приборы с электромеханическими преобразователями. В показывающих измерительных приборах прямого отсчета подвижная часть перемещается по отношению к неподвижной. Наибольшее распространение получили приборы магнитоэлекрической, электромагнитной, электродинамическойи индукционной систем.

В приборах магнитоэлектрической системы	катушка
с измеряемым током установлена с возможностью	вращения

в зазоре с постоянным магнитным потоком и уравновешивается пружиной, создающей момент сопротивления. При наличии измеряемого тока появляется момент вращения, и стрелка прибора устанавливается в положении, когда он уравновешивается усилием пружины. По принципу работы прибор измеряет среднее значение измеряемого тока. Для измерения переменных значений шкала градуируется в действующих значениях с учетом коэффициента формы, и при этом нужно быть уверенным, что форма сигнала соответствует синусоиде. Приборы точны, чувствительны, мало подвержены влиянию внешних полей, имеют равномерную шкалу. К их недостаткам можно причислить отно-

141

сительно большие массу, габариты и стоимость из-за наличия постоянного магнита с магнитопроводом.

В приборах электромагнитной системы катушка с измеряемым током установлена неподвижно, при наличии тока в катушку втягивается ферромагнитный якорь (пластина), усилие которой также уравновешивается пружиной. Механические силы в подобном устройстве стремятся переместить якорь так, чтобы энергия магнитного поля устройства стала возможно большей. Приборы по принципу работы измеряют действующее значение. Они просты, дешевы, выдерживают перегрузки, но обладают низкой точностью (в пределе 1,5), неравномерной шкалой и подвержены влиянию внешнего магнитного поля, поэтому их приходится экранировать. В промышленных установках переменного тока низкой частоты большинство вольтметров и амперметров электромагнитной системы.

Приборы электродинамической системы имеют две ка-

тушки (подвижную и неподвижную). В этом случае используется их токовое взаимодействие. Механические силы стремятся переместить подвижную катушку так, чтобы энергия магнитного поля стала возможно большей. Усилие уравновешивается противодействующей пружиной. Наличие двух катушек расширяет возможности устройств. У вольтметров обе катушки соединены последовательно и имеют большое количество витков. У амперметров обе катушки соединены параллельно. У ваттметров одна катушка соединена параллельно, а вторая – последовательно с цепями измеряемой нагрузки.

Вольтметры и амперметры имеют неравномерную шкалу, пригодны как для переменного, так и постоянного тока, причем в обоих случаях шкала может быть одна и та же. Они точны (класс точности – до 0,1) из-за отсутствия ферромагнитных элементов с гистерезисом, подвержены влиянию внешних полей, относительно дороги, их приходится экранировать.

В приборах индукционной системы вращающий момент создается воздействием результирующего магнитного поля двух

142

электромагнитов переменного тока на подвижную часть – алюминиевый диск, в котором это поле индуктирует вихревые токи. Электромагниты возбуждаются измеряемыми переменными токами, поэтому значение вращающего момента зависит от значений токов в обоих электромагнитах и угла сдвига фаз между ними. Это ценное свойство индукционного измерительного механизма положено в основу построения приборов для измерения мощности и энергии в цепях переменного тока.

9.3. Измерение токов, напряжений, сопротивлений, мощности и энергии

Прибор выбирают в зависимости от задач измерения: точности, климатических условий, внешних полей, условий размещения, стоимости и т.д. Включение измерительного прибора в исследуемую электрическую цепь в некоторой степени изменяет режим работы, потому что прибор потребляет определенную энергию, и желательно, чтобы собственное потребление энергии измерительным прибором было возможно меньшим. В связи с этим при измерении напряжений внутреннее сопротивление прибора должно быть как можно большим, а при измерении током – как можно меньшим. При измерении сопротивлений нужен внутренний источник энергии, в качестве которого используют для стационарных условий источники питания с выпрямителями, для автономных – батареи, аккумуляторы и небольшие магнитоэлектрические генераторы с ручным приводом (например, для полевых условий в мегаомметрах). В этих мегаомметрах используется логометрический измерительный механизм, в котором роль противодействующей пружины выполняет вторая катушка, поэтому показания не зависят от ЭДС источника питания.

В универсальных измерительных устройствах, называемых тестерами, часто для измерения напряжений, токов и сопротивлений используют один точный измерительный меха-

143

низм, как правило магнитоэлектрической системы (рис. 9.1, ИП – измерительный прибор). При измерении напряжений последовательно с ним для увеличения сопротивления включают добавочное сопротивление Rд (см. рис. 9.1, а), изменяя которое можно изменять измеряемые пределы измерения, шкалы. При измерении токов, наоборот, для уменьшения сопротивления включают шунтирующее сопротивление Rш (см. рис. 9.1, б). Для измерения сопротивлений в приборе есть батарея, для компенсации напряжения которой при эксплуатации имеется регулировочное сопротивление Rд (см. рис. 9.1, в).

а

б

в

Рис. 9.1. Тестер для измерения:

а – напряжения; б – тока; в – сопротивления

Для измерения мощности используют ваттметры электродинамической системы. Для измерения электрической энергии (активной и реактивной) в цепях переменного тока используют счетчики индукционной системы. Число оборотов подвижной части регистрирует счетный механизм, соединенный с осью счетчика червячной передачей. Передаточное число между осью и счетным механизмом выбирается так, чтобы счетный механизм показывал непосредственно киловатт-часы, а не число оборотов подвижной части.

В последнее время измерительным приборам все большую конкуренцию составляют электронные приборы с использованием аналого-цифровых преобразователей, что дает ряд преимуществ.

144

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника: учебник для вузов. – 12-е изд., стер. – М.: Академия, 2008. – 544 с.

2.Иванов И.И., Лукин А.Ф., Соловьев Г.И. Электротехника. Основные положения, примеры и задачи: учебник для вузов. –

СПб.: Лань, 1999. – 192 с.

3.Кузнецова Т.А., Кулютникова Е.А., Рябуха А.А. Основы теории цепей: учеб. пособие. – Пермь: Изд-во Перм. гос. техн.

ун-та, 2008. – Ч. 1. – 227 с.

4.Электротехника и электроника: учеб. пособие для вузов / В.В. Кононенко, В.И. Мищкович, В.В. Муханов, В.Ф. Планидин, П.М. Чегодин; под ред. В.В. Кононенко. – Ростов н/Д: Феникс, 2004. – 752 с.

5.Паначевный Б.И. Курс электротехники: учебник для студентов механических специальностей высших учебных заведений. – Харьков; Ростов н/Д: Торсинг: Феникс, 2002. – 288 с.

145

Учебное издание

Осколков Владимир Николаевич

ОБЩАЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА

Учебное пособие

Редактор и корректор М.А. Капустина

Подписано в печать 16.05.2017. Формат 60×90/16. Усл. печ. л. 9,25. Тираж 25 экз. Заказ № 107/2017.

Издательство Пермского национального исследовательского

политехнического университета.

Адрес: 614990, г. Пермь, Комсомольский проспект, 29, к. 113.

Тел. [phone].