Sisteme de instrumente
Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de
versiunea revizuită pe 18 mai 2021; verificările necesită
3 modificări .
Sisteme de instrumente de măsurare - clasificarea instrumentelor electrice de măsurare (acțiune electromecanică) după principiul fizic al mecanismului de măsurare , adică după metoda de transformare a unei mărimi electrice într-o deplasare mecanică a unei piese mobile.
Principii generale de funcționare
Toate instrumentele de măsură electromecanice sunt echipate cu o scară gradată fixă, citirea valorii măsurate se efectuează de obicei în funcție de poziția săgeții mobile indexate (uneori - în funcție de poziția punctului luminos: fasciculul de lumină este deviat de o oglindă rotativă), poziția săgeții pe scară este determinată de egalitatea cuplului și a momentului de rezistență. De obicei, cuplul rezistent este creat de un arc elicoidal plat sau de un arc de torsiune (întindere) care lucrează în torsiune. În sistemele ratiometrice și de inducție, momentul de rezistență este creat în alte moduri. Dispozitivele de tip vibrație nu au arătător mobil și principiul lor de indicare se bazează pe fenomenul de rezonanță mecanică (vezi sistemul de vibrații). De regulă, varietățile de sisteme de instrumente diferă prin modul în care creează cuplul și caracteristicile de proiectare.
Varietăți de sisteme de instrumentare
- Magnetoelectric cu un cadru mobil -se creează un cuplu între un magnet permanent fix și un cadru rotativ mobil cu o înfășurare pe el, prin care curge curentul în timpul măsurării. Cuplul cadrului într-un astfel de dispozitiv este descris de legea lui Ampère - interacțiunea câmpului magnetic al curentului din înfășurarea cadrului cu câmpul magnetic al unui magnet permanent. Scara dispozitivului magnetoelectric este uniformă. Un analog al unui astfel de sistem este un motor DC convențional cu excitație de la magneți permanenți.
- Magnetoelectric cu un magnet în mișcare - se creează un cuplu între o înfășurare fixă care transportă curent și un magnet permanent în mișcare. Acest sistem este analog cu sistemul magnetoelectric cu cadru în mișcare, dar are o clasă de precizie mai mică de 4,0 și mai mică, este mai puțin obișnuit și este utilizat în principal pentru instrumentele de indicare a vehiculelor datorită rezistenței sale la influențele mecanice externe - vibrații și șocuri. Un analog al acestui sistem este un motor de curent continuu inversat cu excitație de la magneți permanenți.
Notă: Conform principiului lor de funcționare, dispozitivele magnetoelectrice măsoară valoarea medie a curentului, iar direcția abaterii săgeții depinde de direcția medie a curentului în buclă, prin urmare pot fi utilizate numai pentru măsurarea curenților cu o constantă. componentă și necesită respectarea polarității conexiunii
[2] . Dispozitivele magnetoelectrice nu sunt potrivite pentru măsurarea directă a curentului alternativ, deoarece atunci când unui astfel de instrument este aplicat un curent alternativ, acul va vibra aproape de zero cu frecvența curentului alternativ.
Principiul de funcționare al dispozitivelor de acest tip este interacțiunea dintre curent și un corp feromagnetic. O caracteristică a unor astfel de dispozitive este dependența pătratică a cuplului de curentul din înfășurare, iar astfel de sisteme pot fi utilizate pentru a măsura atât curenții continui, cât și cei alternativi. Un analog al unui astfel de sistem este un
motor cu reacție care funcționează în conformitate cu
legea conservării impulsului .
Avantajele dispozitivelor cu sistem electromagnetic includ costul redus și rezistența la suprasarcini, ceea ce a dus la utilizarea lor pe scară largă în instalațiile electrice industriale. Dezavantajele acestor dispozitive sunt precizia scăzută și scara neuniformă. Deși instrumentele electromagnetice sunt potrivite pentru măsurarea curentului continuu, ele sunt rareori utilizate, deoarece curentul continuu poate fi măsurat mai precis folosind instrumente ale sistemului magnetoelectric.
- Electrodinamic - cuplul este creat între două înfășurări purtătoare de curent: mobil și staționar. Cuplul este proporțional cu produsul curenților din înfășurări. Forța electrodinamică se bazează pe interacțiunea câmpurilor magnetice ale înfășurărilor (legea lui Ampère). Nu există analogi ale unui astfel de sistem în motoare, din cauza cuplurilor reduse.
- Sistemul ferodinamic este similar cu sistemul electrodinamic, dar pentru a crește cuplul, designul prevede un miez dintr-un material feromagnetic. Un analog al unui astfel de sistem este un motor de curent continuu de design normal.
Sistemele electrodinamice și ferodinamice sunt utilizate în
voltmetre și
ampermetre , dar cel mai adesea în
wattmetre și
varmetre .
- Inducția - cuplul este creat de un câmp magnetic rulant sau rotativ al înfășurărilor staționare (pentru a crea un câmp de rulare, curenții din înfășurări trebuie să fie defazați) și curenții Foucault induși într-un disc rotativ neferomagnetic (de obicei aluminiu). În sistemul de inducție, valoarea măsurată poate fi viteza de rotație a discului și numărul total de rotații ale acestuia, care este calculată și afișată de un contor mecanic. Momentul de amortizare la frânare în acest caz este creat de interacțiunea câmpului magnetic al magnetului permanent și a câmpului magnetic al curenților induși în disc. Uneori, sistemul de inducție este indicat cu ajutorul unei săgeți - în acest caz, cuplul de frânare este creat de un arc. Cuplul într-un sistem de inducție este egal cu produsul fluxurilor magnetice din nucleele înfășurărilor și depinde, de asemenea, de unghiul de deplasare dintre fazele lor ale curenților lor. Un analog al acestui sistem este un motor asincron cu un rotor cu colivie. Sistemul de măsurare inductiv este utilizat în contoarele de energie electrică și în unele tipuri de relee (de exemplu, în releul de curent RT-80 ).
- Cuplul electrostatic este creat între electrozii în mișcare și staționari datorită interacțiunii sarcinilor electrice . Momentul de rotație apare conform legii lui Coulomb .
- Ratiometric - sistemul diferă de cele anterioare prin principiul creării unui cuplu de frânare - aici cuplul de frânare este creat folosind o înfășurare specială. Sistemul ratiometric este subdivizat conform principiului generarii cuplului: ratiometru magnetoelectric, ratiometru electromagnetic, ratiometru electrodinamic, ratiometru ferodinamic. O caracteristică a raportometrelor este poziția nedefinită a săgeții pe scară până când dispozitivul este conectat, deoarece sistemul mobil nu are arcuri.
- Vibrare - un sistem care folosește fenomenul de rezonanță electromecanică . În dispozitiv sunt instalate plăci elastice ("limbi") de diferite lungimi cu frecvențe diferite de rezonanță mecanică dintr-un material feromagnetic, excitate de câmpul magnetic al unei înfășurări. Când înfășurării este aplicat curent alternativ, trestiile oscilează cu amplitudini diferite. Amplitudinea de oscilație a trestiei cu frecvența de rezonanță naturală cea mai apropiată de frecvența curentului de excitare este maximă, aceasta indică frecvența aproximativă a curentului în înfășurare. Acest principiu de măsurare a fost utilizat în contoarele de frecvență a puterii . În prezent, dispozitivele de sistem de vibrații nu sunt disponibile.
- Termic - un curent electric care circulă printr-un conductor provoacă încălzirea și alungirea acestuia cauzate de dilatarea termică a materialului, care este înregistrată de mecanismul de măsurare. Datorită inerției termice a elementului încălzit, variațiile rapide ale curentului sunt mediate. Exemple de utilizare: instrumente auto concepute pentru a măsura nivelul combustibilului din rezervorul de combustibil , temperatura lichidului de răcire într- un motor cu ardere internă , manometre auto , care arată presiunea uleiului de motor în sistemul de lubrifiere a motorului .
Elemente suplimentare
Ca elemente suplimentare ale dispozitivelor, amortizoarele de vibrații ale sistemului mobil al principiului de funcționare hidraulic, pneumatic și electromagnetic sunt utilizate pentru a calma rapid indicatorul într-o poziție stabilă față de scară.
Elemente suplimentare sunt ecranarea dispozitivului cu un ecran feromagnetic și utilizarea dispozitivelor astatice în proiectare.
Deoarece instrumentele electromagnetice creează un câmp intern mic în timpul măsurării, câmpurile magnetice externe le pot afecta foarte mult citirile. Pentru aceasta, așa-numitele dispozitive astatice sunt folosite cu două înfășurări fixe și două miezuri conectate astfel încât momentele lor mecanice să se adună. Câmpul magnetic extern slăbește câmpul unei înfășurări și întărește câmpul celeilalte înfășurări, iar cuplul total rămâne aproape constant.
Un element suplimentar sunt și convertoarele termoelectrice, de exemplu, termocuplurile - cu ajutorul acestora nu se măsoară valoarea curentului care trece prin conductor, ci echivalentul său termic. Conectând un dispozitiv magnetoelectric la un astfel de convertor, acesta poate măsura curenți alternativi de o frecvență suficient de mare cu o precizie ridicată (fără un astfel de convertor, citirile unui dispozitiv magnetoelectric vor fi zero). Convertizoarele termoelectrice pot fi utilizate și pentru izolarea galvanică a părții de măsurare a dispozitivului de circuitul în care este măsurat curentul.
Pentru a măsura curenții alternativi cu ajutorul dispozitivelor magnetoelectrice, se folosesc și circuite redresoare (așa-numitele „sisteme detectoare”) - utilizate în principal în multimetre și cleme de curent . În acest caz, aparatul va afișa valoarea exactă a valorii efective numai cu o formă sinusoidală a semnalului măsurat, dacă scara dispozitivului este calibrată în valori efective, cu o formă de semnal nesinusoidală, vor apărea erori semnificative în citirile aparatului.
Utilizarea dispozitivelor în proiectarea dispozitivului pentru astatism, conversie termoelectrică, redresoare și amplificatoare este de obicei indicată prin simboluri speciale imprimate pe scara dispozitivului, completând simbolul principal al tipului de sistem de dispozitiv de măsurare.
Vezi și
Note
- ↑ GOST 23217-78 Instrumente de măsură electrice analogice cu citire directă. Simboluri aplicate. . Preluat la 1 septembrie 2020. Arhivat din original la 25 octombrie 2020. (nedefinit)
- ↑ Există modele de dispozitive magnetoelectrice cu un zero în mijloc, în care săgeata se poate abate atât la dreapta, cât și la stânga, în funcție de direcția medie a curentului. Ele sunt utilizate, de exemplu, pentru a controla curentul de încărcare și descărcare al bateriei .
Literatură
- Ivanov I. I., Ravdonik V. S. Electrotehnică: Proc. alocație pentru non-electrotehnice. specialist. universități. - M . : „Școala superioară”, 1984. - 376 p.