Наибольшее распространение в электротехнической практике получили показывающие приборы, т. е. приборы непосредственной оценки, или прямого отсчета. Приборы этого типа независимо от принципа действия и назначения состоят из двух основных частей: измерительной цепи и измерительного механизма. Простейшая измерительная цепь, например вольтметра, представляет собой катушку с последовательно подсоединенным добавочным сопротивлением. При постоянном сопротивлении такой цепи через катушку проходит ток, пропорциональный измеряемому напряжению.
В простейшем амперметре измерительная цепь состоит из измерительной катушки, последовательно подключенной к электрической сети, в которой необходимо измерить ток.
Измерительный механизм предназначен для преобразования подводимой к нему электрической энергии в механическую энергию перемещения подвижной части прибора и связанной с ней стрелкой или другим указательным устройством, каждому положению которого соответствует определенное значение измеряемой величины. Одинаковый по конструкции измерительный механизм в сочетании с различными измерительными цепями можно применять для измерения различных электротехнических величин (тестер).
К электроизмерительным приборам предъявляются следующие основные требования:
- погрешность прибора не должна превышать указанного на лицевой стороне предела (класса точности) и не должна изменяться с течением времени;
- шкала прибора должна быть проградуирована в единицах СИ;
- прибор должен быть снабжен успокоительной системой;
- магнитные и электрические поля, температура окружающей среды не должны оказывать заметного влияния на показания прибора;
- прибор должен потреблять минимальное количество энергии и должен выдерживать установленную соответствующим ГОСТ перегрузку.
3.5. Основные системы электроизмерительных приборов
3.5.1. Приборы электромагнитной системы
Принцип действия приборов электромагнитной системы основан на механизме втягивания подвижного ферромагнитного сердечника внутрь неподвижной катушки под действием ее магнитно поля, создаваемого в катушке проходящим через нее измеряемым током. Наиболее широко распространены электромагнитные приборы с плоской катушкой (рис. 3.1).
Прибор состоит из прямоугольной неподвижной катушки 4 через которую проходит измеряемый ток. Катушка имеет узкую щель, в которую может входить сердечник, выполненный в виде тонкого лепестка 3 из магнитомягкой стали и закрепленной эксцентрично на оси 7 прибора. К этой же оси прикреплены указательная стрелка 2, спиральная пружина 5 и балансировочные грузы 6 и (или) может крепиться поршень воздушного успокоителя. Концы оси прибора удерживаются в подшипниках. Ток I проходя через витки катушки, создает магнитный поток, который, намагничивая стальной сердечник, втягивает его в катушку, причем тем сильнее, чем больше магнитная индукция поля катушки. При втягивании стального сердечника ось прибора отклоняется и стрелка отклоняется на некоторый угол α.
Электрическая сила, действующая на стальной сердечник и вызывающая его перемещение, может быть выражена через соответствующее этому перемещению изменение энергии магнитного поля:
При повороте подвижной части прибора на угол dα при плече r за счет приложенной силы Pэм переменная
dX = rdα
Тогда вращающий момент
Так как энергия магнитного поля катушки электромагнитного прибора
WM = L· I2 / 2
то при повороте подвижной части прибора и, естественно, ферромагнитного сердечника изменяется индуктивность L, а значит, и энергия магнитного поля. Поэтому вращающий момент электромагнитного прибора
Противодействующий момент, уравновешивающий вращающий момент пропорционален углу перемещения подвижной части электромагнитного прибора α т. е.
MПР = K·α
При установившемся состоянии подвижной части прибора, когда вращающий момент равен противодействующему, имеем :
MВР = MПР
или
откуда получаем зависимость, описывающую угол перемещения подвижной части электромагнитного прибора:
