Приборы для электрических измерений

Электроизмерительные приборы можно разделить на ряд типов в зависимости от физических явлений, на которых основан принцип их действия. Наиболее распространены приборы магнитоэлектрической, электромагнитной, электродинамической, ферродинамической и индукционной систем.

Схема прибора магнитоэлектрической системы показана на рис. 1.

Неподвижная часть состоит из магнита 6 и магнитопровода 4 с полюсными наконечниками 11 и 15, между которыми установлен строго центрированный стальной цилиндр 13. В зазоре между цилиндром и полюсными наконечниками, где сосредоточено равномерное радиально направленное магнитное поле, размещается рамка 12 из тонкой изолированной медной проволоки.

Рамка укреплена на двух осях с кернами 10 и 14, упирающихся в подпятники 1 и 8. Противодействующие пружины 9 и 17 служат токоподводами, соединяющими обмотку рамки с электрической схемой и входными зажимами прибора. На оси 4 укреплена стрелка 3 с балансными грузиками 16 и противодействующая пружина 17, соединенная с рычажком корректора 2.

При прохождении тока по виткам обмотки рамки возникает взаимодействие между магнитным полем тока и полем постоянного магнита, в результате чего рамка поворачивается и стрелка, перемещаясь вдоль шкалы 5, показывает значение силы постоянного тока или напряжения.

Успокоение подвижной части происходит вследствие взаимодействия магнитного поля и индукционных токов, возникающих в каркасе рамки 12 при движении ее в магнитном поле.

Рис. 1. Схема электроизмерительного прибора магнитоэлектрической системы: 1, 8 — подпятники, 2 — корректор, 3 — стрелка, 4,7 — магнитопроводы, 5 — шкала, 6 — магнит, 9,17 — противодействующие пружины, 10,14— оси с кернами, 11,15 — полюсные наконечники, 12 — рамка, 13 — цилиндр, 16— балансные грузики

Таблица 1. Характерные неисправности магнитоэлектрических электроизмерительных приборов и способы их устранения

В табл. 1. приведены характерные неисправности магнитоэлектрических приборов, их возможные причины и способы устранения.

В приборе электромагнитной системы (рис. 2) неподвижная катушка 9 помещена в экран 8; внутри катушки находится ферромагнитная пластина 11. Аналогичная пластина 12 жестко соединена с осью 13, которая упирается в подпятники 1 и 10. На оси укреплены стрелка 5, алюминиевый лепесток 4 успокоителя, расположенный под полюсами постоянных магнитов 6, а также балансные грузики 14 и противодействующая пружина 3, один конец которой припаян к рычажку корректора 2.

При прохождении тока по катушке 9 пластины 11 и 12 намагничиваются одинаковой полярностью и, отталкиваясь, создают вращающий момент. Противодействующий момент создается пружиной 3.

Рис. 2. Схема электроизмерительного прибора электромагнитной системы: 1,10 — подпятники, 2 — корректор, 3 — противодействующая пружина, 4 — лепесток успокоителя, 5 — стрелка, 6— постоянные магниты, 7 — шкала, 8 — экран, 9 — катушка, 11, 12 — ферромагнитные пластины, 13 — ось, 14 — балансные грузики

Рис. 3. Схема электроизмерительного прибора электродинамической системы: 1, 9 — подпятники, 2 — корректор, 3, 8 — спиральные пружины, 4 — стрелка, 5 — шкала, 6 — неподвижная катушка, 7 — подвижная катушка, 10 — ось, 11 — сектор, 12 — постоянный магнит, 13 — балансные грузики

Рис. 4. Схема прибора ферродинамической электроизмерительной системы:

1,5 — катушки, 2 — сердечник, 3 — шкала, 4 — стрелка, 6 — цилиндр, 7 —противодействующая пружина, 8 — рамка с обмоткой

В приборе электродинамической системы (рис. 3) катушка 6 неподвижна, а подвижная катушка 7 крепится на оси 10, которая упирается в подпятники 1 и 9. К этой же оси прикреплена стрелка 4, оканчивающаяся алюминиевым сектором 11, который вместе с постоянным магнитом 12 служит успокоителем. Подвижная часть прибора уравновешена балансными грузиками 13.

Концы обмотки катушки 7 присоединены к спиральным пружинам 3 и 8. Корректором 2 перед измерением стрелка устанавливается на нулевую отметку шкалы 5. Приборы этой системы чаще всего применяют в ваттметрах.

Схема прибора ферродинамической системы изображена на рис. 4.

Катушки 1 и 5 насажены на сердечник 2, между полюсами которого расположен цилиндр 6 подобно прибору магнитоэлектрической системы. В зазоре помещена рамка 8 с обмоткой.

Одна из полуосей, на которых закреплена рамка, соединена с противодействующей пружиной 7.

Рис. 5. Схема счетчика электрической энергии:

1,2— электромагниты; 3 — диск; 4, 10 — керны, 5 — ось, 6 — червячная передача, 7 — шестерни, 8 — обоймы счетного механизма, 9 — постоянный магнит

При прохождении тока по катушкам сердечник намагничивается и в зазоре возникает магнитное поле, с которым взаимодействует поле тока, протекающего в обмотке, рамки 8.
К индукционной системе относятся счетчики электрической энергии (рис. 5).

Алюминиевый диск 3, закрепленный на оси 5, находится между двумя электромагнитами 1 и 2, имеющими сердечник из трансформаторной стали, на который намотаны токовая обмотка и обмотка напряжения. Ось связана червячной передачей 6 с шестернями 7, которые вращают обоймы счетного механизма 8.

При включении прибора ток нагрузки Iн проходит по обмотке электромагнита 1, а ток Iи пропорциональный напряжению, подведенному к цепи,— по параллельно включенной обмотке электромагнита 2. Возникают магнитные потоки, пронизывающие диск 3, в котором индуктируются вихревые токи.

В результате взаимодействия между магнитными потоками, созданными измеряемым и вихревыми токами, возникает вращающий момент. Постоянный магнит 9 создает противодействующий момент. Вихревые токи, взаимодействуя с полем постоянного магнита, тормозят движение диска.

В практике электрических измерений, а также с целью проверки других приборов часто применяются высокоточные мосты постоянного тока для измерения электрических сопротивлений; потенциометры — для измерения ЭДС и напряжения; магазины сопротивлений — для использования в качестве меры электрического сопротивления.