Метрология, стандартизация и измерения в технике связи

метки: Прибор, Метрология, Выполнение, Курсовой, Основа, Поверка, Готовый, Специалист

Метрология — наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности. Предметом метрологии является извлечение количественной информации о свойствах объектов с заданной точностью и достоверностью; нормативная база для этого — метрологические стандарты.

Метрология сформировалась еще в Древнем мире. Измерения являются одним из «двигателей» прогресса, поэтому знание метрологии очень важно для достижения высоких целей в области науки.

1. Классификация средств измерений

Средство измерения (СИ) — техническое средство, используемое при измерениях и имеющее нормированные метрологические характеристики (МХ).

Метрологическими называют характеристики, оказывающие влияние на результат и погрешность измерения. Они входят в состав технических характеристик, определяющих другие свойства СИ (например, диапазон частот, габаритные размеры, вид электропитания и др.) Под нормированием МХ понимается количественное задание определенных номинальных значений и допустимых отклонений от этих значений. Нормирование МХ позволяет оценить погрешность измерения, достичь взаимозаменяемости средств измерения, обеспечить возможность сравнения средств измерений между собой и оценку погрешностей измерительных систем и установок на основе МХ входящих в их состав средств измерений. Именно нормирование МХ отличает СИ от других подобных технических средств (например, измерительный трансформатор от силового трансформатора, измерительный усилитель от обычного усилителя) [1].

Классификация средств измерений:

• Мера

Измерительный преобразователь

Измерительный прибор

• Вспомогательные СИ
• Измерительные установки
• Измерительные системы

1 Мера

Мера физической величины- средство измерений, предназначенное для воспроизведения и (или) хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров, значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью. Примеры мер: гири, измерительные резисторы, концевые меры длины, радионуклидные источники и др.

Меры, воспроизводящие физические величины лишь одного размера, называются однозначными (гиря), нескольких размеров — многозначные(миллиметровая линейка — позволяет выражать длину как в мм, так и в см).

Кроме того, существуют наборы и магазины мер, например, магазин емкостей или индуктивностей.

При измерениях с использованием мер сравнивают измеряемые величины с известными величинами, воспроизводимыми мерами. Сравнение осуществляется разными путями, наиболее распространенным средством сравнения является компаратор, предназначенный для сличения мер однородных величин. Примером компаратора являются рычажные весы.

Методы измерения и измерительные приборы

... использования средств измерений, позволяющая решить измерительную задачу. Различают прямые и косвенные методы измерения. При прямых измерениях значение измеряемой величины находят непосредственно из опытных данных. Большинство измерительных средств основано на прямых измерениях, например измерение температуры ...

К мерам относятся стандартные образцы и образцовое вещество, которые представляют собой специально оформленные тела или пробы вещества определенного и строго регламентированного содержания, одно из свойств которых является величиной с известным значением. Например, образцы твердости, шероховатости [2].

2 Измерительный преобразователь

метрология измерительный стандартизация сертификация

Измерительный преобразователь (ИП) — техническое средство с нормативными метрологическими характеристиками, служащее для преобразования измеряемой величины в другую величину или измерительный сигнал, удобный для обработки, хранения, индикации или передачи. Измерительная информация на выходе ИП, как правило, недоступна для непосредственного восприятия наблюдателем. Хотя ИП являются конструктивно обособленными элементами, они чаще всего входят в качестве составных частей в более сложные измерительные приборы или установки и самостоятельного значения при проведении измерений не имеют.

Преобразуемая величина, поступающая на измерительный преобразователь, называется входной, а результат преобразования — выходной величиной. Соотношение между ними задается функцией преобразования, которая является его основной метрологической характеристикой.

Для непосредственного воспроизведения измеряемой величины служат первичные преобразователи, на которые непосредственно воздействует измеряемая величина и в которых происходит трансформация измеряемой величины для ее дальнейшего преобразования или индикации. Примером первичного преобразователя является термопара в цепи термоэлектрического термометра. Одним из видов первичного преобразователя является датчик — конструктивно обособленный первичный преобразователь, от которого поступают измерительные сигналы (он «дает» информацию).

Датчик может быть вынесен на значительное расстояние от средства измерений, принимающего его сигналы. Например, датчик метеорологического зонда. В области измерений ионизирующих излучений датчиком часто называют детектор.

1.3 Измерительный прибор

Измерительный прибор- средство измерений, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне. Измерительный прибор представляет измерительную информацию в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем.

По способу индикации различают показывающие и регистрирующие приборы. Регистрация может осуществляться в виде непрерывной записи измеряемой величины или путем печатания показаний прибора в цифровой форме. Приборы прямого действия отображают измеряемую величину на показывающем устройстве, имеющем градуировку в единицах этой величины. Например, амперметры, термометры.

Приборы сравнения предназначены для сравнения измеряемых величин с величинами, значения которых известны. Такие приборы используются для измерений с большей точностью.

По действию измерительные приборы разделяют на интегрирующие и суммирующие, аналоговые и цифровые, самопишущие и печатающие.

Электрические измерения и приборы

... измерительный механизм. Это преобразование происходит как в количественном, так и в качественном отношении. Количественное изменение измеряемой величины имеет место, например, при расширении пределов измерения измерительного прибора, ... вольтметр (рис. 4.1.1). Конструктивно измерительный механизм состоит из двух частей: подвижной и неподвижной. Подвижная часть большинства измерительных приборов ...

4 Измерительные устройства

Измерительные приборы — общее название измерительных приборов и преобразователей.

Классификация ИУ:

• по используемым физическим процессам ИУ делятся на: механические, электромеханические, электронные, оптоволоконные и т.д.
• по физический природе измеряемой величины различают: вольтметры, амперметры, омметры и т.д.
• по виду измеряемой величины или сигнала измерительной информации, а также по способу обработки сигнала делятся на: аналоговые, цифровые и цифро-аналоговые.
• по структурному принципу различают: ИУ прямого действия (преобразования), в которых реализуется метод непосредственной оценки, и ИУ сравнения, работа которых основана на методе сравнения.
• по структурным признакам различают: по числу каналов (одно-, двух-, многоканальные), и по временной последовательности преобразований входных сигналов (одновременное, последовательное преобразования).

• по точности: образцовые (используемые для поверки других ИУ и утвержденные в качестве образцовых), рабочие (используемые в непосредственно практических измерениях).

• по частотному диапазону: низкочастотные, высокочастотные, СВЧ ИУ.
• по месту использования: лабораторные и производственные [1].

5 Вспомогательные СИ

Вспомогательное средство измерений- средство измерений той физической величины, влияние которой на основное средство измерений или объект измерений необходимо учитывать для получения результатов измерений требуемой точности. Пример: термометр для измерения температуры газа в процессе измерений объемного расхода этого газа [2].

6 Измерительные установки и системы

Измерительная установка и система — совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов и других устройств, предназначенных для измерений одной или нескольких величин и расположенная в одном месте (установка) или в разных местах объекта измерений (система).

Измерительные системы, как правило, являются автоматизированными и по существу они обеспечивают автоматизацию процессов измерения, обработки и представления результатов измерений.

Примером измерительных систем являются автоматизированные системы радиационного контроля (АСРК) на различных ядерно-физических установках, таких, например, как ядерные реакторы или ускорители заряженных частиц [2].

2. Электромеханические измерительные приборы

1 Принцип работы и виды электромеханических ИП

Электромеханические приборы относятся к приборам прямого преобразования. Структурная схема этих приборов показана на рисунке 2.1.1.

Рисунок 2.1.1 — Схема работы электромеханических ИП

Основными функциональными частями этих приборов (рис. 2.1.1) являются: измерительная цепь (ИЦ), измерительный механизм (ИМ) и отсчетное устройство (ОУ).

Они размещаются в общем корпусе.

В ИЦ происходит преобразование входного сигнала Х в одну или две промежуточные электрические величины У1и У2 (например, токиI1иI2 или напряжение U), воздействующие на ИМ. ИЦ может также служить для расширения пределов измерений и компенсации погрешностей.

В ИМ происходит преобразование электромагнитной энергии We, обусловленной наличием промежуточных величин У1и У2, в механическую. ИМ состоит из неподвижной и подвижной частей. Под действием измеряемой величины в измерительном механизме создается вращающий момент МВР, поворачивающий подвижную часть ИМ. В общем случае вращающий момент зависит от измеряемой величины Х и угла поворота подвижной части: МВР= f(X,).

Технологические измерения и приборы

... прибора, возможность раздельной градуировки измерительного прибора и термоэлектрического термометра. Для измерения термо-э.д.с. термоэлектрических термометров, напряжений, а также других величин, ... измерения высоких температур. Однако они ещё не получили распространения для контроля температур технологических ... поля, наступает состояние подвижного равновесия. При ... напряжения на части реохорда Rp будет ...

Для электромеханических приборов вращающий момент находится как

(2.1)

В зависимости от принципа действия ИМ применяются следующие группы (системы) приборов:

1. магнитоэлектрическая

• электромагнитная
• электродинамическая
• ферродинамическая
• электростатическая
• индукционная

Принцип действия ИМ различных групп приборов основан на взаимодействии: 1) магнитоэлектрических ИМ — магнитных полей постоянного магнита и проводника с током; 2) электромагнитных — магнитного поля, создаваемого проводником с током, и ферромагнитного сердечника; 3) электродинамических (и ферродинамических) — магнитных полей двух систем проводников с токами; 4) электростатических — двух систем заряженных электродов; 5) индукционных — переменного магнитного поля проводника с током и индуцированных этим полем вихревых токов в подвижном элементе (например, в алюминиевом диске счетчика электрической энергии переменного тока).

В результате подобного взаимодействия в ИМ и создается вращающий момент МВР.

Если бы в ИМ действовал только вращающий момент МВР, то подвижная часть ИМ отклонилась бы до упора независимо от значения измеряемой величины. Для того чтобы каждому значению Х соответствовало определенное значение, момент МВР уравновешивается противодействующим моментом МПР, зависящим от и направленным в сторону, обратную МВР. В большинстве приборов момент МПР создается спиральными пружинами или растяжками, и в этом случае МПР= W:, где W — удельный противодействующий момент пружин или растяжек. В логометрах (приборах для измерения отношения токов) момент МПР создается измеряемой величиной Х, и в этом случае МПР=f(Х).

При установившемся отклонении подвижной части МВР = МПР.

Отклонения подвижной части ИМ наблюдают с помощью отсчетного устройства ОУ, т.е. части конструкции прибора, предназначенной для отсчитывания значений измеряемой величины. В электромеханических приборах ОУ состоит из шкалы и указателя (стрелки или светового указателя).

По ОУ определяют показание измерительного прибора ХП, т.е. значение измеряемой величины в принятых единицах этой величины. Номинально ХП = Х. Для соответствия значения Х определенному значению ХП необходимо, во-первых, чтобы параметры ИЦ, ИМ и ОУ при определенных внешних условиях были постоянными и, во-вторых, чтобы отклонения этих параметров при различных внешних условиях вызывали малые изменения показаний, допустимые для данного прибора.

При отклонении подвижной части прибора механическим толчком от положения равновесия на угол Δα она снова приходит в положение равновесия под влиянием устанавливающего момента МУ, равного разности моментов МВР и |-МПР|. Момент МУ всегда направлен в сторону, обратную изменению отклонения подвижной части Δα. Производная от устанавливающего момента по углу отклонения называется удельным устанавливающим моментом МУУ

Приборы для измерения электрического напряжения и тока магнитоэлектрического, ...

... моментом Мпр. В момент равновесия М = Мпр, откуда получим: б= (c1/c2) I = kI Следовательно, угол поворота, а подвижной части пропорционален измеряемому току I. Поэтому магнитоэлектрические приборы имеют равномерную шкалу. чувствительностью прибора постоянной прибора ...

(2.2)

В приборах с креплением подвижной части на кернах этот момент является важной характеристикой, определяющей степень нечувствительности прибора к затираниям. Чем больше у прибора МУУ, тем меньше у него вариация показания. В магнитоэлектрическом приборе МУУ остается постоянным вдоль всей шкалы прибора и равен удельному противодействующему моменту W. На подвижную часть ИМ кроме МВР и МПР действуют и другие моменты: успокоения МУСП, трения МТР (в приборах на кернах), инерции МИН=J(d2α/dt2).

Момент успокоения МУСП действуют только при движении подвижной части, создается успокоителем и направлен навстречу этому движению [3].

2 Магнитоэлектрические ИП

2.1 Принцип работы магнитоэлектрических ИП

Основной функциональной частью магнитоэлектрического прибора является измерительный механизм. Конструктивно магнитоэлектрический механизм выполняется либо с подвижной катушкой (рамкой), либо с подвижным магнитом. Большее применение имеет группа с подвижной рамкой.

Принцип действия магнитоэлектрического механизма основан на взаимодействии магнитных полей постоянного магнита и катушки (рамки), по которой протекает ток. Противодействующий момент может создаваться механическим и электромагнитным способами. На рисунке 2.2.1 показана конструкция магнитоэлектрического прибора с механическим противодействующим моментом.

Магнитная система ИМ состоит из постоянного магнита 1, магнитопровода с полюсными наконечниками 4, сердечника 3. Между полюсными наконечниками находится катушка (рамка) 2, по которой протекает ток J (пружинки, создающие противодействующий момент на рисунке не показаны).

Рамка соединена со стрелкой 5, перемещающейся по шкале 6. При прохождении тока J по рамке 2, помещенной в равномерное, постоянное магнитное поле с индукцией B, создается вращающий момент , действующий на подвижную часть магнитоэлектрического механизма.

, (2.3)

где — потокосцепление магнитного поля постоянного магнита с рамкой; В — магнитная индукция в воздушном зазоре между полюсными наконечниками; n — число витков рамки; S — активная площадь рамки;— угол поворота рамки.

Рисунок 2.2.1 — Конструкция магнитоэлектрического прибора

Противодействующий момент создается пружинками и равен

,

где W- удельный противодействующий момент.

Из равенства можно получить следующее уравнение преобразования магнитоэлектрического измерительного механизм

(2.4)

Электродинамические и электромагнитные измерительные приборы

... основе электродинамического преобразователя Фазометры. Электродинамические фазометры создаются на базе логометрического преобразователя. Электрическая схема фазометра показана на рисунке 4,а. Неподвижная катушка 5-6 преобразователя образует последовательную (токовую) цепь прибора. Подвижные катушки ...

Противодействующий момент в магнитоэлектрическом ИМ может создаваться и электрическим способом. Этот способ используется в логометрическом ИМ. В таком механизме подвижная часть выполняется в виде двух жестко скрепленных между собой рамок 1 и 2, как показано на рисунке 2.2.2. По обмоткам рамок протекают токи I1и I2, которые создают моменты М1 и М2.

Рисунок 2.2.2 — Подвижная часть ИМ с двумя рамками

Направления токов выбираются таким образом, чтобы моменты М1 и М2 действовали навстречу друг другу.

Записав выражения для моментов в виде М1= S1n1F1(a)I1; М2=Sn2F1(a)I2. Считая один из моментов вращающим, например, М1, а второй М2- противодействующим, при установившемся равновесии выражение для угла отклонения подвижной части можно представить в виде a=F(I1/I2).

Из данного выражения видно, что магнитоэлектрический логометр измеряет отношение токов. Логометрические измерительные механизмы очень часто используются в приборах для измерения сопротивления. Показания таких приборов не зависят от напряжения питания [3].

2.2 Область применения

Магнитоэлектрические приборы являются наиболее распространенной группой электромеханических приборов.

Магнитоэлектрические приборы применяют в качестве: 1) амперметров и вольтметров для измерения токов и напряжений в цепях постоянного тока (для этих целей приборы других групп используют в редких случаях); 2) омметров; 3) гальванометров постоянного тока, используемых в качестве нулевых индикаторов, а также для измерения малых токов и напряжений; 4) баллистических гальванометров, применяемых для измерений малых количеств электричества; 5) приборов для измерений в цепях переменного тока: а) осциллографических гальванометров, применяемых для наблюдения и записи быстропротекающих процессов; б) вибрационных гальванометров, используемых в основном в качестве нулевых индикаторов переменного тока; в) выпрямительных, термоэлектрических и электронных приборов, содержащих преобразователь переменного тока в постоянный.

Достоинствами магнитоэлектрических приборов являются: 1) высокая чувствительность; 2) высокая точность; 3) малое собственное потребление мощности; 4) равномерная шкала; 5) малое влияние внешних магнитных полей.

К недостаткам магнитоэлектрических приборов можно отнести: 1) невысокую перегрузочную способность; 2) сравнительно сложную конструкцию; 3) применение, при отсутствии преобразователей, только в цепях постоянного тока.

Магнитоэлектрические приборы занимают первое место среди других электромеханических приборов. Они выпускаются вплоть до класса точности 0,05, а по чувствительности с током полного отклонения до 0,1 мкА (при классе точности 1,5)[3].

2.3 Электромагнитные ИП

Основной частью электромагнитного прибора является электромагнитный ИМ. Принцип действия электромагнитного измерительного механизма основан на взаимодействии магнитного поля, создаваемого проводником с током, и ферромагнитного сердечника.

В настоящее время применяется большое число различных типов электромагнитных приборов, которые различаются по назначению, конструкции ИМ, форме катушек и сердечников и т.д.

В зависимости от инерционности подвижной части или частоты ее собственных колебаний все электромагнитные приборы разделяются на две группы: резонансные и нерезонансные. Резонансные работают только на переменном токе. В нерезонансных приборах момент инерции подвижной части значителен, и смещение подвижной части пропорционально квадрату действующего значения тока.

Реферат измерение частоты переменного тока

... при частоте переменного тока ниже 10 Гц подвижная часть с указателем будет совершать колебательные движения. Время установления показаний сокращается с помощью электромагнитного успокоения, возникающего за счет индуцированного тока в катушке, ...

Обе группы приборов делятся на две подгруппы: поляризованные и неполяризованные. В поляризованных приборах кроме намагничивающей катушки имеется постоянный магнит. Поляризованные нерезонансные приборы не обладают высокой точностью. Из резонансных приборов в основном применяются язычковые герцметры.

В зависимости от характера магнитной цепи нерезонансные приборы разделяются на приборы с магнитопроводом, условно называемым замкнутым, и без магнитопровода. Приборы с магнитопроводом имеют меньшее собственное потребление мощности, но вместе с этим и значительные погрешности из-за потерь в магнитопроводе от вихревых токов и гистерезиса. Приборы без магнитопровода имеют малое собственное магнитное поле и большую зависимость показаний от влияния внешних магнитных полей и позволяют создать приборы высокой точности для работы на постоянном и переменном токе. Эти приборы подразделяются на приборы отталкивающего и втяжного действия. В приборах первого типа расположенные внутри катушки с током ферромагнитные сердечники намагничиваются одноименно и отталкиваются друг от друга (рисунок 2.3.1).

Рисунок 2.3.1 — Прибор с магнитопроводом:

• катушка;
• 1 — катушка;

• подвижный сердечник;
• 2, 3 — призматические сердечники;

• неподвижный сердечник;
• 4 — ось;
• 4 — ось;
• 5 — пружинка;

• пружинка; 6 — стрелка. 6 — стрелка.

В приборах второго типа подвижный ферромагнитный сердечник втягивается в магнитное поле катушки с током (рисунок 2.3.2)

Рис. 2.3.2 — Прибор без магнитопровода

• плоская катушка;
• 2 — сердечник;
• 1 — катушка;
• 2 — стержень;

• магнитный шунт;
• 3, 5 — полюсные наконечники;

• ось. 4 — сердечник.

В настоящее время чаще других применяют электромагнитные измерительные механизмы с прямоугольными и круглыми намагничивающими катушками, призматическими и цилиндрическими сердечниками.

При прохождении тока Jпо намагничивающей катушке 1 в результате взаимодействия электромагнитного поля катушки и сердечника возникает вращающий момент МВР, который определяется по формуле

, (2.5)

где L — индуктивность катушки.

Противодействующий момент может создаваться как с помощью спиральных пружинок так и электрическим способом (в электромагнитных логометрах), а успокоение подвижной части механизма осуществляется воздушным или магнитоиндукционным успокоителем.

При создании противодействующего момента с помощью пружинок получим уравнение преобразования электромагнитного прибора

(2.6)

Из выражения (2.6) следует, что угол отклонения подвижной части электромагнитного механизма не зависит от направления тока, и эти ИМ могут использоваться в цепях постоянного и переменного тока. В цепи переменного тока они измеряют действующее значение тока (или напряжения) [3].

Приборы индукционной системы

... прибором - ваттметром. Как было сказано ранее, для измерения мощности лучшей является электродинамическая система. Ваттметр снабжен двумя измерительными элементами в виде двух катушек: последовательной и параллельной. По первой катушке течет ток, ... потоков, создаваемых катушками тока и напряжения с вихревыми токами, наводимыми магнитным полем в алюминиевом диске. Рис. 4. Индукционная система. ...

3.2 Области применения

Приборы на основе электромагнитного измерительного механизма применяются для измерения тока и напряжения в цепях постоянного и переменного тока. Наиболее просто реализуются однопредельные электромагнитные амперметры и миллиамперметры.

Однопредельные амперметры и миллиамперметры имеют наиболее простую ИЦ, состоящую из одной рабочей катушки механизма, включаемой непосредственно в сеть. Разные пределы измерения по току в таких амперметрах получают изменением числа витков и сечения провода катушки при одинаковых ампер-витках. При очень больших токах (200-300 А) рабочая катушка превращается в виток из медной шины. Для расширения пределов измерения амперметров переменного тока используют измерительные трансформаторы тока.

В многопредельных амперметрах, применяемых в качестве переносных приборов, рабочую катушку выполняют секционированной и с помощью переключателя получают различные схемы соединения секций катушки. Двух предельные амперметры имеют две секции, включаемые последовательно или параллельно, а трех предельные — четыре, включаемые последовательно, смешанно или параллельно.

Применение терморезисторов (термисторов) с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления дает возможность одновременно снизить температурную погрешность и собственное потребление вольтметра. В схеме вольтметра с терморезистором для получения температурной компенсации в широком интервале температур терморезистор Rt шунтируют проволочным резистором Rшиз манганина и этим выпрямляют его температурную характеристику. Можно применять терморезисторы и для многопредельных переносных вольтметров класса 0,5.

Промышленностью выпускаются электромагнитные амперметры с номинальным током от долей ампера до двухсот ампер. Большое распространение получили щитовые амперметры и вольтметры переменного тока промышленной частоты класса точности 1,5 и 2,5. В некоторых случаях они могут использоваться на повышенных частотах (амперметры до 8 кГц).

Лабораторные приборы выпускаются классов точности 0,5 и 1,0. Кроме рассмотренных измерительных механизмов, применяют также и электромагнитные логометрические механизмы. Электромагнитные логометры применяются в фазометрах, фарадомерах, частотомерах.

Электромагнитные приборы обладают рядом достоинств, к которым можно отнести:

• возможность использования, как на постоянном, так и на переменном токе;
• 2) простоту конструкции и дешевизну;
• 3) надежность в эксплуатации;
• 4) широкий диапазон пределов измерений;
• 5) способность выдерживать большие перегрузки и др.

Недостатками электромагнитных приборов являются:

• большое собственное потребление энергии;
• 2) малая чувствительность;
• 3) сильное влияние внешних магнитных полей;
• 4) неравномерность шкалы. Следует отметить, что изменяя форму сердечника и его расположение в катушке, можно получить практически равномерную шкалу, начиная с 20-25 % верхнего предела измеряемой величины[3].

4 Электродинамические ИП

4.1 Принцип работы электродинамических ИП

Электродинамический ИМ состоит из системы неподвижных и подвижных катушек (рамок), стойки, упругих элементов, успокоителя, отсчетного устройства, средств магнитной защиты. Катушки выполняют круглыми или прямоугольными. Круглые катушки дают, по сравнению с прямоугольными, увеличение чувствительности на 15-20%. Приборы с прямоугольными катушками имеют меньшие размеры прибора по вертикали.

Электромеханические измерительные приборы

... электромагнитные приборы используют в качестве амперметров, вольтметров, фазометров, частотомеров, генриметров и фарадметров. Расширение пределов по току — секционирование и использование ИТТ, по напряжению — секционирование, применение добавочного резистора и ИТН. Электродинамические измерительные приборы. ...

Неподвижные катушки обычно выполняют из двух половин (секций) 1 (рисунок 2.4.1).

При этом, изменяя расстояние между катушками, можно менять конфигурацию магнитного поля. Подвижные катушки 2 размещают внутри неподвижных. На оси подвижной катушки закрепляется стрелка 3.Вращающий момент создается при взаимодействии магнитного поля, создаваемого током I1, проходящим по катушке 1, и магнитным полем, создаваемым током I2, проходящим через катушку 2. Электромагнитная энергия Weдвух контуров с токами

, (2.7)

где L1, L2 — индуктивность неподвижной и подвижной катушек; M12 — взаимная индуктивность катушек.

Рис. 2.4.1 — Электродинамические ИМ

Так как индуктивность катушек не зависит от угла поворота, поэтому вращающий момент, действующий на подвижную катушку 2

. (2.8)

При механическом создании противодействующего момента угол отклонения подвижной может быть определен по формуле

. (2.9)

При протекании по катушкам переменных токов сдвинутых по фазе на угол :

и . (2.10)

Мгновенное значение вращающего момента

. (2.11)

Так как подвижная часть ИМ реагирует на среднее значение МВР равное

, (2.12)

где I1и I2- действующие значения токов;- угол сдвига фаз между векторами токов I1и I2.

Угол отклонения подвижной части равен

. (2.13)

В электродинамических логометрических измерительных механизмах противодействующий момент создается электрическим способом. Подвижная часть такого механизма состоит из двух 2 и 3 (рисунок 2.4.2) жестко закрепленных между собой под определенным угломкатушек[3].

Рисунок 2.4.2 — Электродинамический логометрический ИМ

2.4.2 Область применения

Электродинамические приборы применяют в качестве: 1) ваттметров постоянного и переменного токов (ваттметры переменного тока делятся на однофазные, трехфазные и малокосинусные); 2) амперметров и вольтметров переменного тока и реже — постоянного; 3) фазометров (однофазных и трехфазных); 4) частотомеров; 5) фарадометров.

Электродинамические приборы характеризуются высоким классом точности (электродинамические амперметры, миллиамперметры, вольтметры и однофазные ваттметры класса точности 0,05; фазометры — класса 0,1; частотомеры и различного типа ваттметры — класса 0,5).

Как правило, точность сохраняется при переходе с постоянного тока на переменный, что позволяет выполнять градуировку на постоянном токе.

Высокая точность электродинамических приборов объясняется тем, что электродинамические ИМ не содержат ферромагнитных или других нелинейных элементов, наличие которых вызывает трудно компенсируемые погрешности. Показания электродинамических приборов отличаются также высокой стабильностью во времени. Высокая точность этой группы приборов позволяет использовать их в качестве образцовых при градуировке и проверке приборов других систем на переменном токе. Частотный диапазон применения электродинамических приборов достигает (в расширенной области частот) для амперметров 10 кГц, для вольтметров и ваттметров — 5 кГц. Ваттметры имеют практически равномерную шкалу, амперметры и вольтметры — равномерную шкалу, начиная приблизительно с 15-20% ее номинального значения. По чувствительности электродинамические приборы уступают магнитоэлектрическим. Однако применение растяжек и светового указателя позволило улучшить этот параметр. Так, имеются миллиамперметры стоком полного отклонения IH= 1 мА (чаще всегоIH для этих приборов составляет 3-5 мА, а для приборов с установкой подвижной части на кернахIH = 25 — 30 мА).

В основном электродинамические приборы применяют в качестве самых разнообразных ваттметров, а также высокоточных амперметров и вольтметров. Выпускают и комбинированные электродинамические приборы — ампервольтваттметры.

5 Ферродинамические ИП

5.1 Принцип работы ферродинамических ИП

В