Принцип работы и устройство и характеристики магнитоэлектрического измерительного механизма

Практическая работа № 3

«Анализ структурной схемы и принцип работы электромеханического амперметра магнитоэлектрической системы »

Цель занятия: Изучить принцип работы и схемы включения электромеханического амперметра магнитоэлектрической системы и произвести сравнительный анализ с другими системами приборов.

Умения и навыки, которые должны приобрести обучаемые на занятии:

  - практически изучить конструкции измерительных механизмов наиболее распространенных электроизмерительных приборов;                                                                                       

- читать технические характеристики по условным обозначениям на шкалах приборов и выяснить, для каких измерений можно применять эти приборы;

- рассмотреть схемы включения приборов в электрическую цепь.

Наглядные пособия, оборудование: Компьютер, проектор, измерительные приборы различных систем.

Повторение теоретических основ:

1. Принцип работы и устройство и характеристики магнитоэлектрического измерительного механизма.

2. Характеристики магнитоэлектрического измерительного механизма.

3. Расчет шунта электромеханического амперметра магнитоэлектрической системы.

Характеристики  магнитоэлектрического измерительного механизма

Принципы построения магнитоэлектрических приборов используются в гальванометрах – высокочувствительных приборах, предназначенных для измерения малых токов (до 10^-3А) и напряжений.

Приборы магнитоэлектрической системы имеют высокую чувствительность. Удается сконструировать приборы с отклонением на всю шкалу при токе 0,01 мкА. Высокая чувствительность объясняется концентрацией магнитного поля магнита в узком зазоре, из-за чего индукция получается большой. Сильное магнитное поле в зазоре делает слабым влияние внешних полей на показания прибора. При использованиимагнитных экранов погрешность из-за внешних полей можно свести до десятых долей процента. Потребление тока от внешней цепи приборами магнитоэлектрической системы очень мало, что позволяет снизить потребляемую мощность до 10^-9 Вт.

Магнитоэлектрические приборы относятся к числу высокоточных приборов с классом точности 0,2; 0,1 и даже 0,05. Для достижения высокой точности применяются специальные приемы: искусственное старение магнита, термокомпенсация.

К недостаткам приборов магнитоэлектрической системы относятся чувствительность к перегрузкам (ток протекает по рамке из тонкого провода), сложность и относительно высокая стоимость. На панели прибор обозначается .

Вариант 1

Внимание! Изучите критерии оценки ответов и требования к их записи.

Укажите, о каком понятии идет речь: «Наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства, способах достижения требуемой точности».

А. Электротехника.

Б. Метрология.

В. Электроника.

Г. Измерительная техника.

2. Запишите пропущенное название системы прибора в определении: «Измерительные приборы, работа которых основана на преобразовании электрической энергии в тепловую энергию, а затем вновь в электрическую называются …»?

Установите соответствие между средством измерения и измеряемой величиной.

№	Средство измерения	№	Измеряемая величина
1	Ваттметр	А	Сопротивление
2	Омметр	Б	Напряжение
3	Тахометр	В	Частота
4	Вольтметр	Г	Сила тока
5	Стробоскоп	Д	Мощность
6	Амперметр	Е	Число оборотов

Назовите неэлектрические средства измерения температуры контактным способом.

А. Термометры сопротивления

Б. Термисторы

В. Жидкостные термометры

Г. Термопары

5. Как называется кратная приставка единиц измерения напряжения равная 10⁶ ?

А. Километр

Б. Миллиампер

В. Микроом

Г. Мегавольт

Установите соответствие между единицей измерения и измеряемой величиной.

№	Единица измерения	№	Измеряемая величина
1	Киловаттчас	А	Сопротивление
2	Ом	Б	Напряжение
3	Градус	В	Частота
4	Вольт	Г	Сила тока
5	Герц	Д	Электрическая энергия
6	Ампер	Е	Сдвиг фаз

Критерии оценки результатов тестирования.

Задания 1,4,5, 7 оцениваются одним баллом. 

Задания 2, 3,6,10 оцениваютсядвумя баллами.

Задания 8, 9   оцениваются тремя баллами (при наличии расчета).

Вариант 2

Внимание! Изучите критерии оценки ответов и требования к их записи.

Практическая работа № 3

«Анализ структурной схемы и принцип работы электромеханического амперметра магнитоэлектрической системы »

Цель занятия: Изучить принцип работы и схемы включения электромеханического амперметра магнитоэлектрической системы и произвести сравнительный анализ с другими системами приборов.

Умения и навыки, которые должны приобрести обучаемые на занятии:

  - практически изучить конструкции измерительных механизмов наиболее распространенных электроизмерительных приборов;                                                                                       

- читать технические характеристики по условным обозначениям на шкалах приборов и выяснить, для каких измерений можно применять эти приборы;

- рассмотреть схемы включения приборов в электрическую цепь.

Наглядные пособия, оборудование: Компьютер, проектор, измерительные приборы различных систем.

Повторение теоретических основ:

1. Принцип работы и устройство и характеристики магнитоэлектрического измерительного механизма.

2. Характеристики магнитоэлектрического измерительного механизма.

3. Расчет шунта электромеханического амперметра магнитоэлектрической системы.

Принцип работы и устройство и характеристики магнитоэлектрического измерительного механизма

Измерить какую-либо величину - это значит сравнить ее с другой однородной величиной, принятой за единицу измерения. Число, полученное при сравнении, называют численным значением измеряемой величины.

Электроизмерительными приборами называют средства электрических измерений, предназначенные для выработки сигналов измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем.

Основой магнитоэлектрических приборов являются ИМ, в которых вращающий момент создается в результате взаимодействия магнитного поля постоянного магнита и магнитного поля провода с током, конструктивно выполняемого в виде катушки (рамки). В практических конструкциях ИМ неподвижной частью, как правило, является магнит, а подвижной — катушка (хотя есть приборы с подвижным магнитом и неподвижной катушкой). На рис. 1 схематично показан наиболее распространенный вариант конструкции ИМ—с внешним подковообразным магнитом.

Рис. 1 –Магнитоэлектрический измерительный механизм

 

Магнитная система ИМ образуется постоянным магнитом 1, полюсными наконечниками 2 с цилиндрической расточкой и неподвижным сердечником 3 цилиндрической формы из магнитомягкого материала. В воздушном зазоре между полюсными наконечниками и сердечником благодаря такой конструкции создается практически равномерное радиальное магнитное поле, в котором свободно поворачивается катушка 4. Она образуется тонким медным проводом, намотанным на бумажный или алюминиевый каркас прямоугольной формы. К катушке приклеивают алюминиевые буксы, в которых закрепляются полуоси (или растяжки) подвижной части ИМ. Противодействующий момент создается спиральными пружинами 5 (или растяжками), через которые в обмотку катушки подается измеряемый ток. Для создания My используется короткозамкнутый виток, размещаемый на катушке. Эксцентрический винт 6 образует корректор (для начальной установки стрелки на нуль), а грузики — противовесы 7 служат для балансирования подвижной части ИМ.

При протекании по катушке измеряемого тока IХ энергия поля W, обусловленная взаимодействием сцепляющегося с катушкой потока Ф постоянного магнита и тока I_Х, будет равна W=I_ХФ.

Значение Ф может быть определено как (Ф> = BSw_a, где В — магнитная индукция в воздушном зазоре; S — площадь катушки, а w— число витков обмотки катушки, тогда

M_B = BSwIx в установившемся режиме М_В=М_П и  =BSw/k_p - угол поворота механизма,  

где по определению S = величина S = BSw/ k_p является чувствительностью прибора при измерении тока.

Магнитоэлектрические приборы по принципу работы ИМ являются амперметрами. При изменении направления I_Х изменяется и направление отклонения подвижной части ИМ. Из-за инерционности подвижной части отклонение стрелки прибора при включении его в цепь переменного тока будет равно нулю. Поэтому область применения магнитоэлектрических приборов без преобразователей рода тока ограничивается измерением постоянного тока и напряжения.

Магнитоэлектрические амперметры применяются при прямых измерениях постоянного тока путем включения ИМ непосредственно в цепь с измеряемым током I_Х. Измерительная схема, соответствующая этому случаю, представлена на рис. 2, а, где Rн — сопротивление нагрузочного резистора, а Rа — внутреннее сопротивление амперметра, равное сумме сопротивлений обмотки катушки и токоподводящих пружин.

Включение амперметра изменяет электрический режим цепи, что в свою очередь приводит к появлению методической погрешности измерения силы тока.

Рис. 3 – Включение ИМ в электрическую цепь

а) непосредственно; б) с шунтом

Погрешность измерения прибора тем меньше, чем меньше, потребление амперметром мощности от источника Ux. Оценка методической погрешности характеризуется соотношениями:

где I_Х - действительное значение тока (до включения амперметра), а значение Iи — результат измерения. Таким образом, относительная методическая погрешность измерения тока оказывается равной

Если при измерениях значение I_Х становится больше верхнего предела измерения амперметра, параллельно ИМ подключается масштабный преобразователь — измерительный шунт, который позволяет расширить пределы измерения. Измерительная схема принимает вид, показанный на рис. 3, б. Для этой схемы R_ш = R_a / (n – 1), т. е. при известном значении Ra и заданном п легко выбирается требуемый шунт.