5. Магнитоэлектрические вольтметры

Для измерения в широком диапазоне напряжений по­стоянного тока магнитоэлектрический механизм применя­ют в сочетании с добавочным сопротивлением .

Если сопротивление механизма r₀, а ток полного откло­нения его подвижной части Iо, то величина добавочного сопротивления r_д, необходимого для измерения напряже­ния, будет определяться формулой :

I₀ = U / (r₀+r_д) = U / r_в

Добавочное сопротивление r_д^/ для другого напряжения U^/ = m U легко получить из условия

I₀= U/r_B= mU/(r_B+r_д^/)

Откуда

r_д^/=r_B(m – 1) (11)

Добавочные сопротивления большей частью изготовля­ют из манганинового провода, намотанного на круглые ка­тушки или плоские пластины из изоляционного материала (гетинакс, пластмасса, фарфор и др.

). Конструкция доба­вочного сопротивления, его размеры и расположение долж­ны обеспечивать хороший отвод тепла, выделяющегося при протекании тока, с тем чтобы его сопротивление было по возможности постоянно, независимо от колебаний темпера­туры.

Аналогично шунтам добавочные сопротивления делают внутренние и наружные, однопредельные и многопредель­ные, индивидуальные и калиброванные. В магнитоэлектрических вольтметрах, собственное потребление которых невелико (ток полного отклонения 1—5 ма), добавочные сопротивления вплоть до 600 В

делают внутренние—в щито­вых приборах обычно на один предел измерения, в перенос­ных—секционированные на разные пределы измерения. Пе­реключение пределов производится при помощи штепсель­ного или рычажного переключателя. На рис. 3 показана схема трехпредельного вольтметра.

Наружные добавочные сопротивления монтируют в спе­циальном корпусе с выведенными на панель зажимами от различных секций, соответствующих разным пределам из­мерения. Индивидуальные наружные сопротивления пред­назначаются для работы с определенным прибором и снаб­жаются надписью с указанием номера этого прибора.

Рис. 11. Схема трехпредельного вольтметра.

Калиброванные добавочные сопротивления могут при­меняться с любым прибором, ток полного отклонения ко­торого не превышает ток, на который рассчитано добавоч­ное сопротивление. Согласно ГОСТ 1845-59 калиброванные сопротивления делятся на те же шесть классов точности, что и шунты.

Магнитоэлектрические приборы принадлежат к числу наиболее точных и чувствительных приборов. Это объясня­ется, с одной стороны, тем, что путем точной подгонки и тщательной сборки можно свести к минимуму погрешности самого механизма, а с другой — стабильностью элементов всей измерительной цепи прибора.

Промышленность выпускает переносные многопредель­ные амперметры и вольтметры классов 0,1; 0,2; 0,5 и 1, а щитовые — классов 1,5; 2,5 и 4.

Из внешних факторов основным источником погрешно­стей является влияние изменения температуры окружаю­щей среды, вследствие чего происходит изменение сопротивления измерительной цепи, упругих свойств спиральных пружин и магнитного потока постоянного магнита.

Изменение упругих свойств пружин и величины магнитного потока в большой мере компенсируют друг друга, изменение сопротивления рамки и цепи прибора имеет более серьезное значение и требу­ет более подробного рассмотрения.

Цепь вольтметра, как это было выше рассмотрено, со­стоит из последовательно соединенных сопротивлений рам­ки механизма r₀ из медного или алюминиевого провода с температурным коэффициентом +4% на 10° С и добавоч­ного сопротивления r_д из манганина, температурный ко­эффициент которого ничтожно мал. Поскольку величина добавочного сопротивления обычно во много раз превышает сопротивление рамки, общий температурный коэффициент цепи вольтметра будет значительно меньше температурно­го коэффициента меди или алюминия, и в целом темпера­турные влияния на вольтметр будут тем меньше, чем отно­сительно меньше сопротивление рамки по сравнению с до­бавочным.

Следует отметить, что полностью избавиться от температурных влияний практически невозможно, так как изготовить обмотку рамки из материала с малым темпера­турным коэффициентом, например манганина, очень трудно вследствие большого удельного сопротивления (р =0,4— 0,5 0м*мм²/м) таких материалов. При прочих равных усло­виях для получения заданного вращающего момента недо­пустимо возрастают сечение провода обмотки рамки и ее габариты.

Нетрудно определить, в каком соотношении должны быть сопротивления добавочные и рамки, чтобы температурная погрешность не превышала заданного значения. Обозначим через β₀ температурный коэффициент материа­ла провода рамки, приведенный к 10° С — установленному ГОСТ перепаду температуры. Тогда при изменении темпе­ратуры на 10° С, пренебрегая температурным коэффициен­том манганина, получим, что ток в рамке будет равен:

I_t = U/(r₀(1+β₀)+r_д)

Относительная температурная погрешность равна:

γ_t= (I_t – I₀)/I₀= ((r₀

+r_д)/ r₀(1+ β₀) + r_д ) – 1

или, пренебрегая в знаменателе приростом сопротивления, получим

γ_t= — β₀(r₀/(r₀ + r_д))

откуда

r_д/r₀ = (β₀/ γ_t) – 1 (12)

Например, для вольтметров класса 0,5 согласно ГОСТ допустимая температурная погрешность 1γ_t 1 =0,5%

Как прави­ло, в вольтметрах г_д делают во много раз больше, чем г

0, поэтому γ_t обычно бывает весьма малой величиной. Однако увеличение влечет за собой уменьшение тока в рамке г₀, поэтому предел такого увеличения определяется минимально допустимыми значениями Iо·

В амперметрах в простейшем случае (микроампермет­рах, миллиамперметрах) через рамку протекает весь изме­ряемый ток. Независимо от изменения сопротивления рамки прибор будет измерять именно тот ток, который проходит по его обмотке, и следовательно, при изменении температу­ры в этом случае погрешности не возникает. Сложнее дело обстоит в схемах амперметров с шунтами. Здесь измеряемый ток распределяется по двум ветвям: по об­мотке рамки, сопротивление которой зависит от темпера­туры, и по шунту, сопротивление которого от температуры не зависит. В результате с изменением температуры нач­нется перераспределение токов и появится температурная погрешность, для компенсации которой должны быть при­няты специальные меры.

Простейшим способом уменьшения температурной по­грешности милливольтметров с шунтами является включе­ние последовательно с рамкой некоторого компенсационно­го сопротивления r₁ из манганина, как показано на рис.

4,а.

В этом случае

1₀=1(r_ш/r₀+ r₁+r_ш)

При изменении температуры на 10° С изменяется сопро­тивление только рамки и, следовательно,

I_t = I (r_ш/ r₀ (1+β₀)+r₁+r_ш)

Нетрудно видеть, что в снижении температурной погрешно­сти основную роль играет r₁ поскольку r_ш очень мало.

Для приборов классов 1; 1,5; 2,5 отношение , находится примерно в пределах 3—0,5, что вполне допустимо, и в таких приборах компенсация по схеме рис. 4,а находит ши­рокое применение. В приборах класса 0,5 отношение должно быть не

менее 7, а в более точных прибо­рах значительно больше, что уже для. механизма является не­выгодным, так как в этом слу­чае примерно 85% падения на­пряжения на шунте падает на сопротивление r₁ и только 15% используется в механизме, что затрудняет получение достаточ­ного вращающего момента и ухудшает качество прибора. Поэтому в приборах высоких классов точности приходится прибегать к более сложной так называемой последовательно-параллельной схеме температурной компенсации (рис. 4,6).

Последовательную цель из рамки rо и сопротивления из манганина r₁ шунтируют медным или никелевым сопротив­лением r₂ и к разветвленной цепи добавляют сопротивле­ние из манганина r_3/ Вся цепь присоединяется к шунту r_ш..

При возрастании температуры полное сопротивление цепи прибора несколько возрастет (действуют положительные температурные коэффициенты сопротивлений r₀ и г₂), вследствие чего ток I₁ несколько уменьшается.

Однако со­противление ветви r₀+r₁ возрастает в меньшей степени, чем сопротивление r₂, так как температурный коэффициент ветви r₀+r₁ меньше температурного коэффициента ветви r₂. Ток I₁, хотя и несколько уменьшенный, распределяется теперь между двумя ветвями иначе, чем до повышения температуры, а именно в ветвь r₀+r₁ бу­дет поступать относительно большая часть, чем раньше. Подбором сопротивлений r_{1 ,} r₂ и r₃ можно добиться, что ток в рамке I₀ в довольно широком температурном диапа­зоне будет меняться очень незначительно, и таким пу­тем свести температурную погрешность до заданных зна­чений.

Рис.12 Схемы температурной компенсации

Описанная последовательно-параллельная схема темпе­ратурной компенсации позволяет значительно лучше ис­пользовать подводимую к прибору мощность и тем самым повысить его к. п. д. (примерно до 15—20%) по сравнению с простой последовательной схемой (η ~ 8-12%) при при­менении этой компенсации в милливольтметрах высоких классов точности (0,5; 0,2; 0,1), у которых допустимые зна­чения температурных погрешностей невелики. В приборах низких классов точности применение последовательно-па­раллельной схемы нецелесообразно, так как в этом случае почти никаких преимуществ она не дает.

В последние годы в простых последовательных схемах (рис. 4,a) в качестве сопротивления r₁ начинают нахо­дить применение полупроводниковые (например, силитовые или из смеси окиси меди и окиси марганца и др.) термосо­противления с большим отрицательным температурным ко­эффициентом. Применяемые, например, в электроизмери­тельных приборах термосопротивления типов ММТ-8 и ММТ-9 в виде силитовых шайб в герметическом корпусе имеют температурный коэффициент в пределах а= — 2,5 — -3,5% на 1°С. Использование таких термосопротивле­ний для снижения температурной погрешности выгодно в том отношении, что благодаря большому отрицательному температурному коэффициенту нужное уменьшение погрешности можно получить при значительно меньшем значении добавочного сопротивления, чем при проволочном сопро­тивлении из манганина. Отсюда следует, что при примене­нии термосопротивлений (в приборах низких классов точ­ности) увеличивается подводимая к механизму мощность и повышается его к. п. д.

Кроме описанных способов температурной компенсации, существует еще один способ, непосредственно воздействую­щий на механизм прибора,—так называемый способ тер­момагнитной компенсации. Этот способ заключается в том, что между полюсными наконечниками постоянного магнита устанавливают магнитный шунт, магнитная проницаемость которого уменьшается с повышением температуры. При этом в магнитный шунт будет ответвляться меньшая часть общего потока, чем до повышения температуры, и индук­ция в воздушном зазоре несколько возрастает. Путем под­бора определенного соотношения между магнитными по­токами в зазоре и в шунте можно добиться того, что умень­шение тока в рамке из-за повышения температуры будет компенсироваться увеличением индукции в зазоре, и вра­щающий момент прибора останется неизменным. Мате­риалами для термомагнитных шунтов служат особые спла­вы меди с никелем или стали с никелем. Описанный способ термокомпенсации довольно широко применяется в при­борах, выпускаемых авиационной промышленностью.

Влияние внешних магнитных полей на магнитоэлектри­ческие приборы невелико . Для устранения возмож­ной, хотя и незначительной, погрешности из-за влияния земного магнитного поля на корпус приборов высокой чув­ствительности иногда наносят стрелку с буквами N и S. При пользовании прибором его надо ставить в такое поло­жение, чтобы направление стрелки совпало с меридианом в данном месте. Собственное, довольно значительное, маг­нитное поле прибора в отдельных случаях может оказы­вать влияние на показания других, рядом расположенных приборов, поэтому магнитоэлектрические приборы следует размещать на расстояниях не менее 20 см друг от друга.

Собственное потребление магнитоэлектрических вольт­метров обычно характеризуют сопротивлением на 1 В номи­нального напряжения. Собственное потребление будет тем меньше, чем больше полное сопротивление вольтметра, од­нако изготовление больших добавочных сопротивлений из манганина значительно удорожает стоимость всего прибоpa, поэтому у щитовых вольтметров низких классов точно­сти сопротивление на 1 в номинального напряжения берут сравнительно небольшим, порядка 100—300 ом. У перенос­ных многопредельных вольтметров—порядка 1 000 ом и вы­ше, что соответствует мощности потребления порядка 1—0,1 вт на 100 в номинального напряжения. У ампермет­ров собственное потребление зависит от падения напряже­ния на шунте — обычно в пределах 30—150 мв— и от но­минального тока шунта. В амперметрах до 5 А по­требление мощности со­ставляет 0,2-0,5 вт.

Подводя итоги об­щей оценки магнитоэлек­трических приборов, не­обходимо отметить их многочисленные положи­тельные качества: точ­ность, чувствительность, большой вращающий мо­мент, большой коэффици­ент добротности, малое собственное потребление энергии, незначительное влияние внешних магнитных полей и температуры, равномерность шкалы, возможность использования шунтов и добавочных со­противлений для измерений токов и напряжений в весь­ма широком диапазоне.

Рис.13 Щитовой магнитоэлектрический вольтметр М362

К недостаткам приборов следует отнести непригод­ность для переменного тока, чувствительность к пере­грузкам и сравнительно вы­сокую стоимость. Промыш­ленность выпускает много разных типов щитовых при­боров большого и малого габаритов с внешним магнитом и с внутрирамочным магнитом

На рис.13 показан внешний вид вольтметра типа Μ-362 завода ЗИП класса 1,5 с внутрирамочным магнитом. Приборы этого типа выпускаются в качестве вольтметров с пределами от 3 до 600 в, а с наружным добавочным со­противлением— до 3 кв, и в качестве амперметров на токи от 1 до 50 α и с наружными шунтами на токи до 6 ка. Га­бариты прибора 160Х160Х X 100 мм.

В качестве малогабаритно­го прибора (63X63X60 мм) на рис. 6 показан вольт­амперметр типа М5 класса 2,5 Витебского завода элек­троприборов. Эти приборы могут работать вольтметром или амперметром и рассчи­тываются на один предел измерения по напряжению и на один предел по току, например 50 В и 50 а. При­боры снабжаются индиви­дуальным добавочным со­противлением и шунтом. Не­которые из этих приборов рассчитаны также на работу с калиброванными шунтами 75 мв и добавочными сопро­тивлениями на ток 5 ма.

Рис. 14 Магнитоэлектрический вольт – амперметр М5

Примером современного переносного многопредель­ного прибора может служить вольт-амперметр типа М108класса 0,2со стрелочным отсчетом (завод «Вибратор»). При­бор имеет пределы измерения по току 0,75; 1,5; 3; 7,5; 15и 30 α и по напряжению ,045; 0,075; 3; 15; 75; 150 и 300 В.На рис.15 — его принципиальная схема. Для пределов изме­рения 45 и 75 мв предусмотрены отдельные зажимы, при­чем подключение к этим зажимам следует выполнять при помощи специальных калиброванных проводов, которые должны иметь строго определенное сопротивление. Поэтому на приборе указаны только внутренние падения напряже­ния (44,84 мв и 74,86 мв) без учета падения напряжения ^в проводах. Переключение других пределов измерения про­изводится при помощи рычажного переключателя.

Рис. 15 Схема вольт – амперметра М108

Ток пол­ного отклонения при включении вольтметром от 4,5 до 3 мА. падение напряжения на зажимах при включении ампер­метром от 84 до 230 мв. Для расширения пределов измере­ния сверх указанных выше могут быть использованы шун­ты на 45 или 75 мв и добавочные сопротивления на ток 3 мА.

Магнитоэлектрический вольтметр — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Cтраница 1

Магнитоэлектрические вольтметры отличаются от вольтметров других систем высокой точностью и большой чувствительностью.  [1]

Магнитоэлектрические вольтметры выполняют с током полного отклонения подвижной части магнитоэлектрического ИМ от 1 до 5 мА и добавочными резисторами для расширения пределов измерения по напряжению. В амперметрах применяют ИМ с током полного отклонения не более 50 — 100 мА ( ток ограничен допустимым нагревом токо-подводящих пружин), а для расширения пределов измерения по току применяют шунты, встраиваемые в корпус прибора. Приборы для измерения больших токов обычно выполняются в виде милливольтметров, измеряющих падение напряжения на внешнем шунте.  [2]

Магнитоэлектрический вольтметр показывает среднее значение выпрямленного напряжения.  [3]

Магнитоэлектрические вольтметры отличаются от вольтметров других систем высокой точностью и большой чувствительностью.  [4]

Магнитоэлектрический измерительный механизм с подвижным магнитом.  [5]

Магнитоэлектрические вольтметры снабжаются добавочными сопротивлениями, а амперметры при токах свыше 0 1 а — шунтами. Замена шунтов и добавочных сопротивлений дает возможность использовать один и тот же механизм для измерения самых различных токов и напряжений.  [6]

Схемы соединения измерительного механизма с добавочным резистором.  [7]

Магнитоэлектрические вольтметры отличаются от вольтметров других систем высокой точностью и большой чувствительностью.  [8]

Магнитоэлектрический вольтметр должен иметь внутреннее сопротивление не менее 1 000 — 2000 ом на I в шкалы.  [9]

Магнитоэлектрические вольтметры не могут работать без выпрямителей, так как при изменении направления тока в рамке направление магнитного потока остается постоянным, а направление действующего на рамку момента изменяется. При этом рамка не поворачивается в устойчивое положение, а только вибрирует. Для устранения вибрации необходимы выпрямители и сглаживающие фильтры.  [10]

Схемы для определения порядка чередования фаз.  [11]

Универсальный магнитоэлектрический вольтметр поочередно подключают одним зажимом к началу трех фаз, а другим — к нулевой точке ОС.  [12]

Схемы для определения порядка чередования фаз.  [13]

Универсальный магнитоэлектрический вольтметр типа Ц-315 ( или другого типа) поочередно подключают одним зажимом к началу трех фаз, а другим — к нулевой точке ОС.  [14]

Перед магнитоэлектрическими вольтметрами ламповые имеют то преимущество, что обладают огромным входным сопротивлением — 10 Мом и более. Поэтому при подключении к измеряемым цепям они практически не потребляют тока ( не шунтируют измеряемый участок цепи) и показывают действительно существующее напряжение с учетом, конечно, других погрешностей.  [15]

Страницы:      1    2    3    4

Выбор амперметра и вольтметра- CZ Electric Co., Ltd

При измерении тока и напряжения правильный выбор и использование амперметра и вольтметра не только напрямую влияет на точность результатов измерения, но также относится к безопасности оператора и срок службы инструмента. То есть комплексный и целенаправленный отбор.

(1) Выбор типа прибора Для измерения постоянного тока и напряжения следует выбрать магнитоэлектрический прибор. При измерении переменного тока и напряжения следует выбирать электромагнитную систему или прибор системы выпрямления. Когда требуется более высокая точность, можно выбрать прибор электрической системы. Если требуется использовать как переменный ток, так и ток, можно выбрать прибор электромагнитной системы как для переменного, так и для постоянного тока; в случаях, когда требуется более высокая точность, можно выбрать прибор электрической системы.

(2) При выборе точности прибора в качестве стандартного метра или прецизионного измерения можно выбрать прибор класса 0,1 или 0,2; в лаборатории можно выбрать прибор класса 0,5 или 1,0; прибор класса 1,5 или ниже может быть выбран для общего измерения дальности. Для дополнительных устройств, используемых вместе со счетчиком, таких как шунтирующие резисторы, резисторы делителя напряжения, измерительные трансформаторы и т. д., уровень точности должен быть на 2–3 ступени выше, чем уровень точности самого счетчика, чтобы обеспечить точность измерения. Результаты.

(3) После выбора внутреннего сопротивления измерителя и подключения измерителя к тестируемой цепи потребление энергии самим измерителем должно быть сведено к минимуму, чтобы не повлиять на исходное рабочее состояние цепи. Поэтому при выборе внутреннего сопротивления прибора следует соблюдать: внутреннее сопротивление вольтметра должно быть как можно больше; внутреннее сопротивление амперметра должно быть как можно меньше.

(4) Выбор диапазона измерителя При реальных измерениях, чтобы свести к минимуму погрешность измерения и обеспечить безопасность измерителя, диапазон амперметра и вольтметра следует выбирать в соответствии со следующими принципами:

①Выбранный диапазон должен быть больше измеренного диапазона.

②Выберите измеряемый диапазон в пределах более двух третей полной шкалы шкалы прибора.

③ Если размер измеряемой величины невозможно оценить, для тестирования следует выбрать максимальный диапазон прибора, а затем постепенно изменить его до подходящего диапазона.

(5) Выбор условий работы прибора Портативные приборы обычно выбирают для приборов, используемых в лаборатории; установленные приборы должны быть выбраны для приборов на панелях переключателей или панелях электрооборудования. При наличии особых требований к температуре окружающей среды, влажности, внешнему электромагнитному полю и другим условиям выбор следует производить в соответствии с их требованиями, чтобы свести к минимуму дополнительную погрешность прибора.

(6) Выбор прочности изоляции прибора. При выборе прибора прочность изоляции прибора и дополнительных устройств должна определяться в соответствии с напряжением тестируемой цепи, чтобы избежать несчастных случаев, угрожающих личной безопасности и причиняющих ущерб. инструмент.

ПРЕДЫДУЩАЯ：Как работают автоматические выключатели ДАЛЕЕ：Разница между автоматическим выключателем и воздушным выключателем

Вольтметр, назначение, применение. Типы вольтметров

Необходимо проверить любые электрические устройства. Особенно их технические характеристики. Такая работа требует наличия некоторых специальных приборов, например, таких как вольтметр. Самый первый аналог вольтметра создал русский физик Георг Рихман. Его называли «знаком электрической силы». Принцип работы этого первого устройства до сих пор используется в современных вольтметрах. В переводе «вольтметр» означает «измерять».

Вольтметр — электроприбор, относится к классу «гальванометров» и предназначен для определения электродвижущей силы и напряжения. Единицей измерения является вольт. Устройство подключается параллельно к источнику электрической энергии или к нагрузке электрической цепи.

Вольтметр характеризуется:

• Внутренним сопротивлением, которое должно быть как можно большим, чтобы включенный в цепь прибор не мог влиять на режим работы цепи.
• Максимальное измеренное напряжение является предельным напряжением. Если оно выше, то вольтметр может не отображать данные или определять их с ошибкой.
• Вид напряжения, которое измеряет прибор – напряжение переменного тока нельзя измерить вольтметром для постоянного тока, потому что прибор покажет либо нулевое, либо неправильное значение.

Классификация вольтметров.

Классификация устройств основана на нескольких признаках.

Принцип работы устройства.

• Электромеханические (магнитоэлектрические, электромагнитные, термоэлектрические, электростатические, выпрямительные, электродинамические).
• Электронный (аналоговый, цифровой).

Запись на прием.

• Измерение постоянного тока;
• Измерение переменного тока;
• Импульс;
• Фазочувствительный;
• Селективный;
• Универсальный.

Конструкция устройства, способ применения.

• Экран.
• Портативный.
• Стационарный.

Вольтметр электромеханический

В этой категории магнитоэлектрический вольтметр показывает наилучшую точность и чувствительность. Электромагнитный вольтметр более распространен, он дешев, конструкция проста, прибор надежен в работе. Но у устройства этого типа есть два недостатка: большое энергопотребление, до семи ватт, большая индуктивность обмотки.