Електричні вимірювальні прилади та історія їх винайдення

Принцип дії основних електричних вимірювальних приладів. Будова приладів магнітоелектричної, електромагнітної, електродинамічної, теплової, вібраційної, термоелектричної, детекторної та індукційної систем. Історія створення електровимірювальних приладів.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Размещено на

Міністерство освіти і науки України

Східноєвропейський національний університет імені Лесі Українки

Фізичний факультет

Реферат на тему:

«Електричні вимірювальні прилади та історія їх винайдення»

Виконав: студент 41 групи

Відринський Богдан Володимирович

Перевірив:

Кобель Григорій Петрович

Луцьк 2013

План

Вступ

1. Будова і принцип роботи основних електровимірювальних приладів

2. Історія винайдення електровимірювальних приладів

Висновок

Список використаної літератури

Вступ

Електричний вимірювальний прилад -- прилад для вимірювання електричних (струму, напруги, потужності, опору, ємності тощо) та неелектричних (температури, тиску та ін.) величин, дія якого грунтується на використанні електричних явищ. Розрізняють електричні прилади безпосередньої оцінки (прямого або мішаного перетворення, наприклад вольтметри, ватметри) і порівняння (зрівноваження, наприклад потенціометри).

Електричні вимірювання відіграють у техніці велику роль. За їх допомогою контролюється робота окремих машин, агрегатів та електроустановок. Тільки вимірюючи різні величини і порівнюючи їх між собою і з вихідними даними, можна вести технологічний процес найраціональніше.

Виміряти яку-небудь електричну величину - це значить порівняти її з однорідною величиною, яку умовно прийнято за одиницю.

1. Будова і принцип роботи основних електровимірювальних приладів

Електровимірювальний прилад -- це сукупність засобів, за допомогою яких здійснюється вимірювання певної електричної величини.

У приладах безпосередньої оцінки вимірювана величина визначається стрілочним або цифровим способом відліку, або з допомогою світлового «зайчика» на градуйованій шкалі.

Для вимірювання електричних величин в приладах безпосередньої оцінки використовують фізичні явища, на основі яких створюються обертальний момент і наступне переміщення рухливої системи приладу. Обертальний момент утворюється внаслідок взаємодії постійного магніту і струму в котушці, магнітного поля котушки з струмом і феромагнетиком, взаємодії магнітних полів котушок з струмами, взаємодії заряджених тіл. Залежно від використовуваного в приладі принципу взаємодії розрізняють такі системи електровимірювальних приладів: магнітоелектричну, електромагнітну, електродинамічну, теплові прилади, індукційну, вібраційну електростатичну, термоелектричну, детекторну, дзеркальні гальванометри.

Магнітоелектрична система

Принцип дії приладів магнітоелектричної системи ґрунтується на дії магнітного поля постійного магніту на рухому котушку, по якій протікає струм, величину якого необхідно виміряти. Схема будови такого приладу приведена на рис. 1. Магнітне поле створюється сильним постійним магнітом підковоподібної форми. До ніжок цього магніту прикріплені полюсні наконечники (N, S), які вгнутими циліндричними поверхнями обернені один до одного. Між цими наконечниками нерухомо закріплено залізний циліндр дещо меншого радіуса. Цей циліндр служить магнітопроводом, і тим самим зменшує втрати магнітного поля між полюсними наконечниками.

Размещено на

Размещено на

У невеликому повітряному прошарку між залізним циліндром і полюсними наконечниками може вільно обертатися на осі котушка 2, яка охоплює залізний циліндр. Котушка складається з алюмінієвого каркаса прямокутної форми, на якому намотана тонка дротина. На осі котушки закріплена стрілка 4, кінець якої переміщується над шкалою з поділками. Взаємодія струму, що проходить по обмотці котушки, і магнітного поля в повітряній щілині зумовлює виникнення обертового моменту, під дією якого котушка намагається обертатися на осі. Момент протидії створюють дві спіральні пружини 3, які закручені в протилежні сторони і одночасно служать для підведення струму. При пропусканні постійного струму через котушку, за рахунок взаємодії струму з магнітним полем магніту котушка буде обертатись навколо осі до тих пір, поки момент протидії пружин, який зростає із збільшенням кута повороту котушки, не стане рівним обертовому моменту. Оскільки момент протидії пружин пропорційний до кута закручування, то кут відхилення котушки і з'єднаної з нею стрілки буде пропорційний силі струму, що протікає по котушці.

Лінійна залежність між струмом і кутом відхилення стрілки дає можливість зробити шкалу приладу рівномірною. Через те, що каркас рухомої котушки виготовлений з алюмінію, тобто, з провідника, то при русі в магнітному полі індукційні струми, що виникають у ньому створюють гальмівний момент, який обумовлює швидке заспокоєння стрілки.

Прилади магнітоелектричної системи використовують для вимірювань тільки у колах постійного струму. Постійний струм необхідно пропускати через котушку в одному визначеному напрямі. Прилади, які мають такі властивості, називаються поляризованими і мають на своїх затискачах позначення «+» і «-». Якщо дивитися на прилад зі сторони шкали, то знак «+» ставиться біля правого затискача (клеми). При вмиканні приладу в коло до цього затискача підводять провідник від додатного затискача джерела струму. Ця вимога не стосується приладів які мають нульову поділку посередині шкали.

До переваг приладів магнітоелектричної системи відносяться:

1) висока чутливість і точність показів (відомі мікроамперметри з струмом повного відхилення 0,01 мкА);

2) нечутливість до зовнішніх магнітних полів;

3) мале споживання енергії (Вт у рамках і до кількох десятих вата разом з вимірювальною схемою);

4) рівномірність шкали;

5) аперіодичність (стрілка швидко встановлюється на певній поділці шкали практично без коливань);

6) можливість виготовлення високоточних приладів (класів точності 0,05; 0,1; 0,2).

До недоліків приладів цієї системи можна віднести:

1) можливість проводити вимірювання тільки в колі постійного струму;

2) чутливість до перевантажень;

3) порівняно складна будова.

Завдяки високій чутливості магнітоелектрична система використовується для побудови гальванометрів.

Гальванометрами називають високочутливі прилади, які мають неградуйовану шкалу. Ціна поділки шкали визначається експериментально або за паспортом приладу. Діапазон вимірюваних струмів досить широкий: від А. Найбільш поширеними є гальванометри магнітоелектричної системи з рухливою рамкою.

Електромагнітна система

Принцип дії приладів електромагнітної системи заснований на взаємодії магнітного поля котушки, по якій протікає вимірювальний струм, і залізного осердя, який є одночасно рухомою частиною. На рис.2 приведена конструкція приладу цієї системи, яка найчастіше зустрічається.

Размещено на

Размещено на

Струм, який необхідно виміряти, проходить по котушці 1, що має плоску форму з вузькою щілиною. Залізне осердя 2, яке має форму еліпса, закріплене ексцентрично на осі і може входити в щілину котушки, обертаючись навколо цієї осі. Під дією магнітного поля котушки осердя намагається розміститися так, щоб його поверхню перетинало як найбільше ліній індукції. Із збільшенням сили струму в котушці 1 осердя 2 буде з більшою силою втягуватись в щілину котушки, і тим самим повертати на більший кут вісь, до якої прикріплена тоненька алюмінієва стрілка 3. Момент протидії створюється спіральною пружиною 4.

Прилади електромагнітної системи мають повітряний заспокоювач -- циліндричну камеру, в якій рухається легкий алюмінієвий поршень. При обертанні осердя на поршень діє сила опору повітря, внаслідок чого коливання рухомої частини приладу швидко згасає.

Залізний сердечник 2 втягується в щілину котушки 1 тим сильніше, чим більша величина магнітного потоку всередині щілини і чим більша намагніченість самого осердя. В першому наближенні можна вважати, що і величина магнітного потоку всередині щілини, і намагніченість осердя пропорційні напруженості магнітного поля, яке створюється котушкою, а, значить, і силі струму в котушці. Отже, обертовий момент буде пропорційний квадрату сили струму, що протікає в котушці.

Оскільки при зміні напрямку струму в котушці міняється як напрям магнітного поля, так і полярність намагнічення осердя, то зміна напрямку струму не викличе зміни напрямку обертового моменту, що діє на рухому частину приладу. Отже, прилади електромагнітної системи можуть бути використані як при вимірюванні на постійному, так і на змінному струмах. Із-за квадратичної залежності обертового моменту від сили струму, шкала приладів даної системи є нерівномірною.

Переваги приладів електромагнітної системи:

1) можливість проводити вимірювання як постійного, так і змінного струму;

2) простота конструкції;

3) механічна стійкість (міцність);

4) витривалість до перевантажень.

Недоліки приладів даної системи:

1) нерівномірність шкали;

2) недостатня аперіодичність;

3) дещо менша точність, порівняно з приладами магнітоелектричної системи;

4) залежність показів від зовнішніх магнітни...