Как найти систему прибора

В
зависимости от того, какое физическое
явление положено в основу действия
прибора, различают системы
магнитоэлектрическую, электромагнитную,
электродинамическую, электростатическую,
тепловую, термоэлектрическую,
индукционную, детекторную, вибрационную,
электронную.

6.1 Приборы магнитоэлектрической
системы

Приборы
магнитоэлектрической системы
предназначены для измерения тока и
напряжения в цепях постоянного тока.
Действие приборов магнитоэлектрической
системы основано на взаимодействии
постоянного магнита и измеряемого
тока, проходящего по обмотке подвижной
катушки (рамки), движущейся между
полюсами магнита (рис. 11.1).

Рамка
с несколькими витками провода (рис.
11.1, а, б) крепится на оси. Рамка находится
в магнитном поле постоянного магнита.
Магнитное поле действует на проводник
с током с силой Ампера

,

где – сила тока, которая должна быть
измерена;

– длина активной части проводника;

– магнитная индукция.

Стороны
рамки 2 и 4 расположены вдоль вектора
(рис. 11.1, а), а стороны 1 и 3 перпендикулярны.
Тогда,
и эта сила создает вращающий момент,
модуль которого равен

,

где – угол между плоскостью рамки и вектором(рис. 11.1, б).

Учитывая, что у рамки две активные
стороны (2 и 4) и у каждой по
nпроводов, получаем

,

где – площадь поперечного сечения рамки.

Для однородного поля ()
уголравен углу поворота рамки(рис. 1.1, б).

В магнитоэлектрических
приборах внутри рамки помещают железный
якорь, чтобы увеличить магнитный поток
через рамку. Рамка поворачивается в
узком зазоре между полюсами и якорем
(рис. 11.1, в: 1 – каркас рамки и рамка, 2 –
железный магнитопровод, 3 – постоянный
магнит).

Под
действием момента
рамка поворачивается на угол(рис. 11.1, г). Дальнейшему вращению
препятствует сила упругости закрученной
пружины, создающая противодействующий
момент, который при малых углах поворота,
пропорционален ему:.
Рамка останавливается, когда,
т. е.,
(здесьcosα1).

Эта
формула называется уравнением шкалы.
Из нее следует, что угол поворота рамки
пропорционален силе тока в первой
степени.

Чувствительность
магнитоэлектрических приборов может
быть очень большой, так как индукция
магнитного поля велика (для гальванометров
– до 10⁸
рад/А).
При изменении направления тока,
изменяет свой знак, т.е. рамка поворачивается
в обратную сторону. Поэтому прибор
пригоден только для измерения в цепях
постоянного тока. При переменном токе,
частотой в несколько герц, стрелка не
будет успевать колебаться и останется
в нулевом положении. Для работы в цепях
переменного тока в прибор может быть
встроен выпрямляющий вентиль (детектор).

Достоинством
приборов магнитоэлектрической системы
являются: высокая точность (класс
точности до 0,05), высокая чувствительность,
малое собственное потребление мощности,
равномерность шкалы, малая чувствительность
к внешним полям и температуре.

Недостатки
приборов: пригодность для измерений
только постоянного тока (если без
дополнительных приспособлений),
чувствительность к перегрузкам,
относительная сложность конструкции
и, следовательно, сравнительно высокая
стоимость приборов.

6.2 Приборы электромагнитной системы

Приборы
электромагнитной системы предназначены
для измерения тока и напряжения в цепях
постоянного и переменного токов.

Действие
приборов электромагнитной системы
основано на взаимодействии магнитного
поля измеряемого тока с подвижным
ферромагнитным сердечником. Железный
сердечник втягивается в катушку
электромагнита при пропускании по ней
тока. Такая конструкция прибора
называется «с плоской катушкой» (рис.
11.2).

В
амперметрах используется катушка с
небольшим числом витков толстого
провода, в вольтметрах – катушка с
большим числом витков тонкого провода.

Уравнение шкалы и формулу для
чувствительности прибора можно получить
следующим образом. Из формулы работы
для поворота тела вокруг оси
(– вращающий момент) следует

,

где – изменение магнитной энергии при
повороте на угол.

Магнитная энергия катушки индуктивности
равна

где – индуктивность катушки;

– сила тока.

Тогда
.
Противодействующий моментсоздается пружиной. При пропускании
тока подвижная часть со стрелкой
поворачивается и устанавливается в
положение, при котором,
т.е.

При
,
угол поворота стрелкипропорционален,
т.е. шкала у прибора должна быть
квадратичной. Это означает, во-первых,
что деления шкалы неодинаковы: при
больших токах – крупнее, при малых –
настолько мелкие, что отсчет начинается
только с некоторого значения силы тока.
Во-вторых, прибор не реагирует на
направление тока, давая отклонение
всегда в одну сторону. Поэтому им можно
измерять как переменный, так и постоянный
токи.

Чувствительность
прибора
зависит от силы тока.
Размер деления на шкале тем больше, чем
больше.
Но если воспользоваться зависимостью
чувствительности от множителя,
то можно подобрать сердечник такой
формы, что шкала станет более равномерной
или деления для переменного тока
промышленной частоты (50Гц) будут
приблизительно совпадать с делениями
для постоянного тока.

Достоинства
прибора: простота конструкции и
надежность в эксплуатации, относительная
дешевизна (они на 30-40% дешевле
магнитоэлектрических приборов), высокая
устойчивость в отношении перегрузок,
малое влияние изменений температуры
окружающей среды на точность их
показаний, пригодность для измерения
обоих родов тока и напряжения, значительно
меньше бояться перегрузок током.

Недостатки
приборов: относительно низкая точность
(1-2,5% от измеряемой величины),
чувствительность к внешним магнитным
полям, непригодность для измерения
малых токов и низких напряжений,
неравномерность шкалы.

6.3 Приборы электродинамической системы

Приборы
электродинамической системы предназначены
для измерения тока, напряжения и мощности
в цепях постоянного и переменного
токов.

В электродинамических приборах
используются две катушки. Одна
(неподвижная) создает магнитное поле,
другая вращается на оси, приводя в
движение стрелку (рис. 1.3). Как в случае
прибора магнитоэлектрической системы,
вращающий момент равен

где – сила тока в подвижной катушке 1 (рис.11.3);

n– число витков;

– площадь поперечного сечения катушки
1;

– угол между плоскостью подвижной
катушки и вектором магнитной индукции.

Магнитное поле создается неподвижной
катушкой 2, для которой

где
– число витков;

– сила тока в катушке 2;

– коэффициент, зависящий от формы
катушки.

Поэтому
.
Остальные величины зависят от конструкции
прибора. Из условия,
где– жесткость пружины, получаем для шкалы

.

При
приближении
к нулю, угол поворота оказывается
пропорциональным произведению токов,
шкала прибора – квадратичная.

Достоинства
приборов: большая точность (нет
ферромагнитных деталей), способность
измерения как постоянных, так и переменных
токов.

Недостатки
приборов: потребляют много энергии,
подвержены влиянию магнитного поля,
боятся механических ударов и перегрузок
током, неравномерность шкалы, высокая
стоимость.

Поэтому
в качестве амперметра и вольтметра
прибор применяется редко, только как
контрольно-измерительный. При раздельном
включении катушек на основе этого
прибора созданы ваттметры, фазометры.

6.4 Приборы тепловой и термоэлектрической
систем

В
тепловых приборах используется явление
выделения теплоты в проводнике, по
которому идет ток. При нагревании
проволочки – основной части теплового
прибора – изменяется ее длина (рис.
11.4, а). Можно измерить температуру
проволочки с помощью термопары. Термопара
должна находиться в тепловом контакте
с проволочкой, но электрически не
обязательно с ней соединена (рис. 11.4,
б, в).

Э.д.с.
термопары измеряется микровольтметром.
Такой прибор называют термоэлектрическим.

Ценным
качеством таких приборов является
совпадение шкалы для переменного тока
любой частоты, вплоть до 10⁸Гц,
со шкалой для постоянного тока, так как
на условии совпадения теплового действия
основано определение эффективных
значений тока и напряжения.

Поскольку
выделяющая мощность
пропорциональна,
шкала получается квадратичной.

Достоинства
приборов: независимость показаний от
частоты, формы измеряемой величины и
внешних магнитных полей, пригодность
для постоянного и переменного токов,
большая чувствительность и малое
потребление энергии.

Недостатки
приборов: большая чувствительность к
перегрузкам, высокая стоимость.

Входное
сопротивление тепловых приборов
невелико, поэтому они больше подходят
к работе в качестве амперметров, чем
вольтметров.

6.5 Приборы индукционной системы

Электроизмерительные
приборы индукционной системы
предназначаются для измерения
электрических величин только в цепях
переменного тока. Причем, они могут
быть применены в цепях с одной определенной
частотой, и незначительное изменение
этой частоты влечет за собой больше
погрешности. Вследствие указанной
причины амперметры и вольтметры
указанной системы не применяются.
Широкое применение индукционная система
получила в счетчиках электрической
энергии переменного тока.

Индукционные
приборы состоят из одной или двух
неподвижных катушек и алюминиевой
пластинки. При прохождении по катушкам
переменного тока в пластинке наводятся
индукционные токи, взаимодействие
которых с магнитным полем катушек
приводит к смещению пластинки. На этом
принципе работает счетчик электроэнергии.
Горизонтально расположенный алюминиевый
диск помещен между полюсами двух
электромагнитов (рис. 11.5). Если по обеим
катушкам идут переменные токи, то диск
приходит во вращение. Одна обмотка
обладает большим индуктивным
сопротивлением, поэтому магнитный
поток, создаваемый ею, отстает от
напряжения по фазе на 90^.
Причем, магнитный поток постепенно
смещается вдоль окружности алюминиевого
диска и увлекает за собой диск. Скорость
вращения диска пропорциональна(где– сила тока,– напряжение,– сдвиг фаз между током и напряжением),
т.е. – активной мощности переменного
тока. Умножив на время, получим, что
полное число оборотов диска пропорционально
электроэнергии.

Достоинства
приборов: большой вращающий момент,
стойкость к перегрузкам, малое влияние
внешних полей, надежность в работе.

Недостатки
приборов: малая точность, пригодность
только для переменного тока, неравномерность
шкалы, зависимость показаний от
температуры, частоты и формы измеряемой
величины.

6.6 Приборы электростатической системы

Приборы
электростатической системы основаны
на явлении электростатического
взаимодействия между заряженными
телами. Поэтому отклонение подвижной
части в этих приборах зависит не от
величины тока, проходящего через них,
а от одного лишь напряжения, приложенного
к ним. Поэтому из них изготавливают
учебные электроскопы и электрометры,
а также промышленные электрометры для
измерения высоких напряжений. На рисунке
11.6 изображены: электроскоп (рис. 11.6, а),
демонстрационный электрометр (рис.
11.6, б), измерительный электрометр (рис.
11.6, в). Измерительный электрометр состоит
из легкой алюминиевой пластинки 1,
втягивающейся в неподвижный квадрат
3. Пластинка закреплена на растяжке 2 в
виде тонкой ленточки, на которой
укреплено зеркало 4. Противодействующий
момент
обеспечивается растяжкой, а прекращение
колебаний – магнитоиндукционным
демпфером 5.

Электростатические
приборы обладают следующими свойствами:
не потребляют (при измерении постоянного
напряжения) и очень мало потребляют
(при измерении переменного напряжения)
мощность; способны измерять высокие
переменные напряжения без высоковольтных
трансформаторов (экономический эффект).

Уравнение
шкалы найдем из условия

,
(– изменение энергии электрического
поля),

,
(– электроемкость конденсатора).

Момент
силы
.
Из условия
следует, что,
т.е. прибор имеет квадратичную шкалу.
Так как показания прибора не зависят
от знака,
то он пригоден и для постоянного, и для
переменного тока.

Достоинства
приборов: малое потребление энергии,
имея практически бесконечно большое
сопротивление, совсем не потребляют
тока, независимость от частоты (одинаково
хорошо работают на любых частотах –
до нескольких мегагерц), температуры
и внешнего магнитного поля.

Недостатки
приборов: зависимость от внешнего
электрического поля, от влажности
воздуха.

6.7 Приборы вибрационной системы

Работа
приборов вибрационной системы основана
на явлении резонанса при совпадении
частот собственных колебаний подвижной
части прибора с частотой переменного
тока. Приборы этой системы применяются,
в основном, для измерения частоты
переменного тока.

Достоинства
приборов: простота конструкции и
надежность в работе, возможность
включения прибора в цепи с различным
напряжением.

Недостатки
приборов: вибрация пластинки от внешних
толчков, прерывистость шкалы, вследствие
чего затруднен отсчет при промежуточной
частоте.

6.8 Приборы электронной системы

Работа
приборов электронной системы основана
на применении электронных ламп или
транзисторов в измерительных схемах.

Выпускают
следующие приборы электронной системы:
электронные вольтметры, частотомеры,
измерительные генераторы, потенциометры,
приборы для измерения сопротивления,
емкости, индуктивности, нулевые
индикаторы, фазометры, ваттметры.

Достоинства
приборов: быстродействие, высокие
точность и чувствительность, равномерная
шкала, малое потребление энергии.
Быстродействие обусловлено малой
массой электронов, что позволяет намного
повысить их скорость за очень малые
промежутки времени.

Недостатки:
сложность проведения измерений, частая
градуировка (для некоторых приборов).

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 18 мая 2021 года; проверки требуют 3 правки.

Систе́мы измери́тельных прибо́ров — классификация электроизмерительных приборов (электромеханического действия) по физическому принципу действия измерительного механизма, то есть по способу преобразования электрической величины в механическое смещение подвижной части.

Общие принципы действия[править | править код]

Все электромеханические измерительные приборы снабжены неподвижной проградуированной шкалой, отсчёт измеряемой величины по которой обычно производится по положению указательной подвижной стрелки (иногда — по положению светового пятна: пучок света отклоняется вращающимся зеркалом), положение стрелки на шкале определяется равенством вращательного момента и момента сопротивления. Обычно вращающий момент сопротивления создаётся плоской спиральной пружиной или торсионной пружиной (растяжкой), работающей на скручивание. В логометрических и индукционных систем момент сопротивления создаётся иными способами. Приборы вибрационного типа подвижной стрелки не имеют и их принцип индикации основан на явлении механического резонанса (см. вибрационная система). Как правило, разновидности систем приборов различаются по способу создания вращательного момента и конструктивным особенностям.

Разновидности систем приборов[править | править код]

• Магнитоэлектрическая с подвижной рамкой — вращательный момент создаётся между неподвижным постоянным магнитом и подвижной вращающейся рамкой с намотанной на ней обмоткой по которой при измерении протекает ток. Вращающий момент рамки в таком приборе описывается законом Ампера — взаимодействия магнитного поля тока в обмотке рамки с магнитным полем постоянного магнита. Шкала магнитоэлектрического прибора является равномерной. Аналогом такой системы является электродвигатель постоянного тока обычного исполнения с возбуждением от постоянных магнитов.
• Магнитоэлектрическая с подвижным магнитом — вращательный момент создаётся между неподвижной обмоткой с током и подвижным постоянным магнитом. Эта система является аналогом магнитоэлектрической системы с подвижной рамкой, но имеет более низкий класс точности — 4,0 и ниже, менее распространена и применяется, в основном, для указательных приборов транспортных средств, благодаря своей стойкости к внешним механическим воздействиям — вибрациям и ударам. Аналогом этой системы является двигатель постоянного тока обращённого исполнения с возбуждением от постоянных магнитов.

Замечание: Магнитоэлектрические приборы по своему принципу действия измеряют среднюю величину тока, а направление отклонения стрелки зависит от среднего направления тока в рамке, поэтому они могут применяться только для измерения токов с постоянной составляющей и требуют соблюдения полярности подключения^[2]. Магнитоэлектрические приборы непригодны для непосредственного измерения переменного тока, так как при подаче на такой прибор переменного тока стрелка будет вибрировать вблизи нулевого значения с частотой переменного тока.

• Электромагнитная — вращательный момент создаётся между неподвижной обмоткой с током и подвижным ферромагнитным сердечником изготовленным из магнитомягкого ферромагнитного материала.

Принцип действия приборов этого типа — взаимодействия тока и ферромагнитного тела. Особенностью таких приборов является квадратичная зависимость вращающего момента от тока в обмотке, и такие системы могут применяться для измерения как постоянных так и переменных токов. Аналогом такой системы является реактивный двигатель, работающий в соответствии с законом сохранения импульса.

К достоинствам приборов электромагнитной системы относятся дешевизна и стойкость к перегрузкам, что обусловило их широкое применение в промышленных электроустановках. Недостатки этих приборов — невысокая точность и неравномерность шкалы. Для измерения постоянного тока электромагнитные приборы хотя и пригодны, но применяются редко, поскольку более точно постоянный ток может быть измерен при помощи приборов магнитоэлектрической системы.

• Электродинамическая — вращательный момент создаётся между двумя обмотками с током: подвижной и неподвижной. Вращательный момент пропорционален произведению токов в обмотках. Электродинамическое усилие основано на взаимодействии магнитных полей обмоток (закон Ампера). Аналогов такой системы в двигателях не существует, в связи с малыми вращающими моментами.
• Ферродинамическая система подобна электродинамической, но для увеличения вращательного момента в конструкции предусматривается сердечник из ферромагнитного материала. Аналогом такой системы является двигатель постоянного тока нормального исполнения.

Электродинамические и ферродинамические системы применяют в вольтметрах и амперметрах, но чаще всего в — ваттметрах и варметрах.

• Индукционная — вращающий момент создаётся бегущим или вращающимся магнитным полем неподвижных обмоток (для создания бегущего поля токи в обмотках должны быть сдвинуты по фазе) и токами Фуко, наводимыми во вращающемся неферромагнитном диске (обычно алюминиевом). В индукционной системе измеряемой величиной может быть скорость вращения диска и полное число его оборотов, которое подсчитывается и отображается механическим счётчиком. Тормозной демпфирующий момент в этом случае создаётся взаимодействием магнитного поля постоянного магнита и магнитного поля токов, наводимых в диске. Иногда индицирование индукционной системе производится с помощью стрелки — в таком случае тормозной момент создаётся пружиной. Вращающий момент в индукционной системе равен произведению магнитных потоков в сердечниках обмоток и также зависит от угла сдвига между их фазами их токов. Аналогом этой системы является асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. Индукционная система измерения применяется в счётчиках электрической энергии и в некоторых типах реле (например, в реле тока РТ-80).
• Электростатическая — вращающий момент создаётся между подвижным и неподвижным электродами из-за взаимодействия электрических зарядов. Вращательный момент возникает согласно закону Кулона.
• Логометрическая — система отличается от предыдущих принципом создания тормозного момента — здесь тормозной момент создаётся с помощью специальной обмотки. Логометрическая система подразделяется по принципу создания вращательного момента: магнитоэлектрический логометр, электромагнитный логометр, электродинамический логометр, ферродинамический логометр. Особенностью логометров является неопределённое положение стрелки на шкале до момента подключения прибора, так как подвижная система не имеет пружин.
• Вибрационная — система, использущая явление электромеханического резонанса. В приборе устанавливаются упругие пластины («язычки») различной длины с разными частотами механического резонанса из ферромагнитного материала, возбуждаемыми магнитным полем одной обмотки. При подаче переменного тока в обмотку язычки колеблются с разной амплитудой. Амплитуда колебаний язычка с наиболее близкой собственной резонансной частотой к частоте возбуждающего тока максимальна, это индицирует примерную частоту тока в обмотке. Этот принцип измерения использовался в частотомерах промышленной частоты. В настоящее время приборы вибрационной системы не выпускаются.
• Тепловая — электрический ток, протекая через проводник, вызывает его нагревание и удлинение вызванное тепловым расширением материала, которое регистрируется измерительным механизмом. За счёт тепловой инерции нагреваемого элемента усредняются быстрые изменения тока. Примеры использования: автомобильные приборы, предназначенные для измерения уровня топлива в топливном баке, температуры охлаждающей жидкости в двигателе внутреннего сгорания, автомобильные манометры, показывающие давление моторного масла в системе смазки двигателя^{[источник не указан 991 день]}.

Дополнительные элементы[править | править код]

В качестве дополнительных элементов приборов применяют гасители колебаний подвижной системы гидравлического, пневматического и электромагнитного принципа действия для быстрого успокоения стрелки на установившемся положении относительно шкалы.

Дополнительными элементами являются экранировка прибора ферромагнитным экраном и применение в конструкции астатических устройств.

Поскольку электромагнитные приборы при измерении создают малое внутреннее поле, то внешние магнитные поля могут сильно влиять на их показания. Для этого применяются так называемые астатические приборы с двумя неподвижными обмотками и двумя сердечниками, связанными так, что их механические моменты складывались. Внешнее магнитное поле ослабляет поле одной обмотки и усиливает поле другой обмотки и суммарный вращающий момент остаётся практически постоянным.

Дополнительным элементом являются также термоэлектрические преобразователи, например, термопары — с помощью их измеряется не само значение тока, протекающего по проводнику, но его тепловой эквивалент. Подключение к такому преобразователю магнитоэлектрический прибор можно измерять им переменные токи достаточно высокой частоты c большой точностью (без такого преобразователя показания магнитоэлектрического прибора будут равны нулю). Термоэлектрические преобразователи могут также использоваться для гальванической развязки измерительной части прибора от цепи в которой производится измерение тока.

Для измерения переменных токов с помощью магнитоэлектрических приборов применяют также выпрямительные схемы (так называемые «детекторные системы») — применяемые, в основном, в стрелочных мультиметрах и токоизмерительных клещах. В этом случае прибор будет показывать точное значение действующей величины только при синусоидальной форме измеряемого сигнала, если шкала прибора проградуирована в действующих величинах, при несинусоидальной форме сигнала будут возникать значительные погрешности в показаниях прибора.

Применение устройств в конструкции прибора для астатизма, термоэлектрического преобразования, выпрямителей и усилителей обычно обозначается специальными символами нанесёнными на шкалу прибора, дополняющий основной символ типа системы измерительного прибора.

См. также[править | править код]

• Электроизмерительные приборы
• Измерительный механизм

Примечания[править | править код]

Литература[править | править код]

• Иванов И. И., Равдоник В. С. Электротехника: Учеб. пособие для неэлектротехн. спец. вузов. — М.: «Высшая школа», 1984. — 376 с.

• ГОСТ 30012.1-2002 (МЭК 60051-1-97) Приборы аналоговые показывающие электроизмерительные прямого действия и вспомогательные части к ним. Часть 1. Определения и основные требования, общие для всех частей

Системы измерительных приборов — это классификация электроизмерительных приборов (электромеханического действия) по физическому принципу действия измерительного механизма, то есть по способу преобразования электрической величины в механическое действие подвижной части.

Общие принципы действия

Все электрические приборы электромеханического действия снабжены неподвижной проградуированной шкалой, отсчёт по которой обычно производится по указательной подвижной стрелке (иногда светового зайчика, образуемого подвижным зеркалом), положение которой определяется равенством вращательного момента и момента сопротивления. Обычно момент сопротивления создаётся пружиной или торсионом (растяжкой), работающей на скручивание. Для логометрических и индукционных систем момент сопротивления создаётся иными способами, которые рассматриваются в соответствующих разделах. Приборы вибрационного типа вообще подвижной стрелки не имеют и её принцип индикации основан на иной основе, чем равенство вращательного момента и момента сопротивления (см. вибрационная система). Как правило, разновидности систем приборов различаются по способу создания вращательного момента и конструктивным особенностям.

Разновидности систем приборов

• Магнитоэлектрическая с подвижной рамкой — вращательный момент создаётся между неподвижным постоянным магнитом и подвижной рамкой с намотанной на ней проводом, по которому при подключения источника ЭДС протекает ток. Вращательный момент, создаваемый в таком приборе описывается законом Ампера. Шкала магнитоэлектрического прибора является равномерной. Аналогом такой системы является двигатель постоянного тока нормального исполнения с возбуждением от постоянных магнитов.
• Магнитоэлектрическая с подвижным магнитом — вращательный момент создаётся между неподвижной рамкой с током и подвижным постоянным магнитом. Эта система является аналогом магнитоэлектрической с подвижной рамкой, имеет низкий класс точности — 4,0 и ниже, менее распространена и применяется для указательных приборов транспортных средств, благодаря своей стойкости к внешним механическим воздействиям. Аналогом этой системы является двигатель постоянного тока обращённого исполнения с возбуждением от постоянных магнитов.

Важно: Магнитоэлектрические приборы по своему принципу действия измеряют среднюю величину тока, а направление отклонения стрелки зависит от направления тока в рамке: поэтому они могут применяться только для измерения знакопостоянных токов, и требуют соблюдения полярности подключения^[1]. Магнитоэлектрические приборы непригодны для непосредственного измерения переменного тока (стрелка будет дрожать вблизи нулевого значения).

• Электромагнитная — вращательный момент создаётся между неподвижной катушкой с током и подвижным ферромагнитным сердечником.

Теоретическая основа данного прибора — это закон взаимодействия тока и ферромагнитной массы. Особенностью электромагнитной системы является квадратичная зависимость вращающего момента от тока в катушке, откуда следует возможность применения таких систем для измерения как постоянных так и переменных токов, а также неравномерная шкала. Аналогом такой системы является реактивный двигатель, работающий в соответствии с законом сохранения импульса.

• Электродинамическая — вращательный момент создаётся между двумя катушками с током: подвижной и неподвижной. Вращательный момент пропорционален произведению токов в катушках. Электродинамическое усилие основано на взаимодействии обоих токов с полями (закон Ампера). Аналогов такой системы в двигателях не существует, в связи с малыми вращающими моментами.
• Ферродинамическая система подобна электродинамической, но для увеличения вращательного момента в конструкции предусматривается сердечник из ферромагнитного материала. Аналогом такой системы является двигатель постоянного тока нормального исполнения.

Электродинамические и ферродинамические системы применяют в вольтметрах и амперметрах, но чаще всего в — ваттметрах и варметрах.

• Индукционная — вращающий момент создаётся между бегущим полем неподвижных катушек (для создания бегущего поля в катушках токи должны быть сдвинуты по фазе)и токами, наводимыми во вращающемся неферромагнитном диске (обычно алюминиевом). В индукционной системе индицирование может осуществляться количеством оборотов диска, которое отображается через счётный механизм. Тормозной момент в этом случае создаётся взаимодействием магнитного поля постоянного магнита и токов, наводимых в диске. Иногда индицирование индукционной системе может производится с помощью стрелки — в таком случае тормозной момент создаётся пружиной. Вращающий момент в индукционной системе равен произведению потоков катушек и зависит от угла сдвига между их фазами. Аналогом этой системы является асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором.

Индукционную систему чаще всего применяют для счётчиков электрической энергии.

• Электростатическая — вращающий момент создаётся между подвижным и неподвижным электродами, несущими на себе электрический заряд. Вращательный момент создаётся согласно закону Кулона.
• Логометрическая — система отличается от предыдущих принципом создания тормозного момента — здесь тормозной момент создаётся с помощью специальной обмотки. Логометрическая система подразделяется по принципу создания вращательного момента: магнитоэлектрический логометр, электромагнитный логометр, электродинамический логометр, ферродинамический логометр. Особенностью логометров является безразличное положение стрелки до момента подключения прибора.
• Вибрационная — система, в которой используются другой принцип измерения, не основанный на равенстве вращательного и момента сопротивления. В вибрационных приборах используется эффект электромеханического резонанса. Для этого в приборе устанавливаются несколько разной длины язычков из ферромагнитного материала, охваченных одной катушкой. При подаче переменного тока в катушку язычки начинают колебаться с разной амплитудой. Амплитуда язычка с наиболее близкой собственной резонансной максимальна — что индицирует примерную частоту тока в катушке. Это свойство используется в частотомерах промышленной частоты.
• Тепловая — электрический ток, протекая через проводник, вызывает его нагревание и удлинение, которое регистрируется измерительным механизмом. За счёт тепловой инерции усредняются быстрые изменения тока. Примеры: автомобильные приборы, предназначенные для измерения уровня топлива в топливном баке, температуры охлаждающей жидкости в двигателе внутреннего сгорания, автомобильные манометры, показывающие давление моторного масла в системе смазки двигателя.

Дополнительные элементы

В качестве дополнительных элементов приборов применяют гасители колебаний гидравлического, пневматического и электромагнитного действия для быстрого успокоения стрелки на установившемся положении относительно шкалы.

Дополнительным элементом является экранировка прибора ферромагнитным экраном и создание астатических приборов.

Поскольку электромагнитные приборы имеют слабое внутренне поле, то внешние поля могут сильно повлиять на их показания.
Для этого создаются астатические приборы с двумя неподвижными катушками и двумя сердечниками, включёнными так, что их электромагнитные моменты складывались. Внешнее магнитное поле ослабляя поле одной катушки будет усиливать поле другой и суммарный вращающий момент останется практически постоянным.

Дополнительным элементом являются также термоэлектрические преобразователи — с помощью их измеряется не само значение тока, протекающего по проводнику, но его тепловой эквивалент и значит подключив к такому преобразователю магнитоэлектрический прибор можно измерять им переменные токи достаточно высокой частоты c большой точностью (тогда без такого преобразователя показания магнитоэлектрического прибора будут равны нулю). Термоэлектрические преобразователи могут также использоваться для гальванической развязки прибора.

Для измерения переменных токов с помощью магнитоэлектрических приборов применяют также выпрямительные схемы (т. н. «детекторные системы») — в основном в стрелочных мультиметрах и токоизмерительных клещах. В этом случае прибор будет показывать точное значение действующей величины только при синусоидальной форме измеряемого сигнала, при несинусоидальной форме будут появляться значительные погрешности в показаниях прибора.

Наличия астатизма, термоэлектрического преобразователя, выпрямителя и усилителя обозначается специальными символами, дополняющий основной символ системы измерительных приборов.

См. также

• Электроизмерительные приборы
• Измерительный механизм

Примечания

Литература

• Иванов И. И., Равдоник В. С. Электротехника: Учеб. пособие для неэлектротехн. спец. вузов. — М: «Высшая школа», 1984. — 376 с.

• ГОСТ 30012.1-2002 (МЭК 60051-1-97) Приборы аналоговые показывающие электроизмерительные прямого действия и вспомогательные части к ним. Часть 1. Определения и основные требования, общие для всех частей

В зависимости от принципа действия измерительного механизма различают следующие системы аналоговых показывающих приборов:

• магнито-электрическая система
• электро-магнитная система
• электродинамическая система
• и другие

Условное обозначение принципа действия (системы) прибора приведены в таблице

Замечания к таблице

1.   Логометрический измерительный механизм отличается от обычного наличием двух рамок вместо одной.
2.  
3.   Прочерк в таблице означает, что логометрический измерительный механизм для данной системы не существует.