Přístrojové systémy
Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od
verze recenzované 18. května 2021; kontroly vyžadují
3 úpravy .
Systémy měřicích přístrojů - klasifikace elektrických měřicích přístrojů (elektromechanické působení) podle fyzikálního principu měřicího mechanismu , tj. podle způsobu přeměny elektrické veličiny na mechanický posuv pohyblivé části.
Obecné principy činnosti
Všechny elektromechanické měřicí přístroje jsou vybaveny pevnou stupnicí, odečítání naměřené hodnoty se obvykle provádí podle polohy pohyblivé šipky indexu (někdy - podle polohy světelné skvrny: paprsek světla je vychýlen o otočné zrcátko), poloha šipky na stupnici je určena rovností krouticího momentu a momentu odporu. Obvykle je odporový krouticí moment vytvářen plochou spirálovou pružinou nebo torzní pružinou (natažením) pracující v kroucení. V poměrových a indukčních soustavách se moment odporu vytváří jinými způsoby. Zařízení vibračního typu nemají pohyblivý ukazatel a jejich indikační princip je založen na jevu mechanické rezonance (viz vibrační systém). Různé systémy přístrojů se zpravidla liší ve způsobu, jakým vytvářejí krouticí moment a konstrukční prvky.
Odrůdy přístrojových systémů
- Magnetoelektrický s pohyblivým rámem - točivý moment vzniká mezi pevným permanentním magnetem a pohyblivým otočným rámem s navinutým vinutím, kterým při měření protéká proud. Točivý moment rámu v takovém zařízení popisuje Ampérův zákon - interakce magnetického pole proudu ve vinutí rámu s magnetickým polem permanentního magnetu. Měřítko magnetoelektrického zařízení je jednotné. Obdobou takového systému je klasický stejnosměrný motor s buzením z permanentních magnetů.
- Magnetoelektrické s pohyblivým magnetem - mezi pevným vinutím s proudem a pohyblivým permanentním magnetem vzniká krouticí moment. Tento systém je obdobou magnetoelektrického systému s pohyblivým rámem, má však nižší třídu přesnosti 4.0 a nižší, je méně běžný a používá se především pro ukazovací přístroje vozidel kvůli odolnosti vůči vnějším mechanickým vlivům - vibracím a otřesům. Obdobou tohoto systému je invertovaný stejnosměrný motor s buzením z permanentních magnetů.
Poznámka: Magnetoelektrická zařízení měří podle principu činnosti průměrnou hodnotu proudu a směr odchylky šipky závisí na průměrném směru proudu ve smyčce, lze je proto použít pouze pro měření proudů s konstantní součást a vyžadují respektování polarity spoje
[2] . Magnetoelektrické přístroje nejsou vhodné pro přímé měření střídavého proudu, protože při přivedení střídavého proudu na takový přístroj bude ručička vibrovat blízko nule s frekvencí střídavého proudu.
Principem činnosti zařízení tohoto typu je interakce proudu a feromagnetického tělesa. Charakteristickým rysem takových zařízení je kvadratická závislost točivého momentu na proudu ve vinutí a takové systémy lze použít k měření stejnosměrných i střídavých proudů. Obdobou takového systému je
proudový motor pracující v souladu se
zákonem zachování hybnosti .
Mezi výhody zařízení elektromagnetického systému patří nízká cena a odolnost proti přetížení, což vedlo k jejich širokému použití v průmyslových elektroinstalacích. Nevýhodou těchto zařízení je malá přesnost a nerovnoměrné měřítko. Přestože jsou elektromagnetické přístroje vhodné pro měření stejnosměrného proudu, používají se zřídka, protože stejnosměrný proud lze měřit přesněji pomocí přístrojů magnetoelektrického systému.
- Elektrodynamický - točivý moment vzniká mezi dvěma proudovými vinutími: pohyblivým a stacionárním. Točivý moment je úměrný součinu proudů ve vinutích. Elektrodynamická síla je založena na interakci magnetických polí vinutí (Ampérův zákon). V motorech neexistují žádné analogy takového systému kvůli nízkým točivým momentům.
- Ferodynamický systém je podobný elektrodynamickému systému, ale pro zvýšení točivého momentu konstrukce počítá s jádrem vyrobeným z feromagnetického materiálu. Analogem takového systému je stejnosměrný motor normální konstrukce.
Elektrodynamické a ferodynamické systémy se používají ve
voltmetrech a
ampérmetrech , nejčastěji však ve
wattmetrech a
varmetrech .
- Indukce - kroutící moment vzniká běžícím nebo rotujícím magnetickým polem stacionárních vinutí (pro vytvoření běžícího pole musí být proudy ve vinutích fázově posunuty) a Foucaultovými proudy indukovanými v rotujícím neferomagnetickém disku (nejčastěji hliníku). V indukčním systému může být naměřenou hodnotou rychlost otáčení disku a celkový počet jeho otáček, který vypočítá a zobrazí mechanické počítadlo. Brzdný tlumící moment v tomto případě vzniká interakcí magnetického pole permanentního magnetu a magnetického pole proudů indukovaných v kotouči. Někdy je indukční systém označen pomocí šipky - v tomto případě je brzdný moment vytvářen pružinou. Točivý moment v indukčním systému je roven součinu magnetických toků v jádrech vinutí a závisí také na úhlu posunu mezi jejich fázemi jejich proudů. Obdobou tohoto systému je asynchronní motor s rotorem nakrátko. Indukční měřicí systém se používá v elektroměrech a v některých typech relé (např. v proudovém relé RT-80 ).
- Elektrostatický točivý moment vzniká mezi pohyblivými a stacionárními elektrodami v důsledku interakce elektrických nábojů . Rotační moment vzniká podle Coulombova zákona .
- Poměrový - systém se od předchozích liší principem vytváření brzdného momentu - zde je brzdný moment vytvářen pomocí speciálního vinutí. Poměrový systém se dělí podle principu generování točivého momentu: magnetoelektrický poměroměr, elektromagnetický poměroměr, elektrodynamický poměroměr, ferodynamický poměroměr. Charakteristickým rysem poměrových měřičů je neurčitá poloha šipky na stupnici, dokud není zařízení připojeno, protože pohyblivý systém nemá pružiny.
- Vibrační - systém využívající jevu elektromechanické rezonance . V zařízení jsou instalovány elastické desky ("jazyky") různých délek s různými frekvencemi mechanické rezonance z feromagnetického materiálu, buzené magnetickým polem jednoho vinutí. Když je na vinutí přiváděn střídavý proud, jazýčky kmitají s různými amplitudami. Amplituda kmitání jazýčku s vlastní rezonanční frekvencí nejbližší frekvenci budícího proudu je maximální, což udává přibližnou frekvenci proudu ve vinutí. Tento princip měření byl použit u výkonových frekvenčních čítačů. V současné době nejsou zařízení vibračního systému dostupná.
- Tepelný - elektrický proud protékající vodičem způsobuje jeho zahřívání a prodlužování způsobené tepelnou roztažností materiálu, kterou zaznamenává měřicí mechanismus. V důsledku tepelné setrvačnosti vyhřívaného prvku jsou rychlé změny proudu zprůměrovány. Příklady použití: automobilové přístroje určené k měření hladiny paliva v palivové nádrži , teploty chladicí kapaliny ve spalovacím motoru , automobilové tlakoměry , ukazující tlak motorového oleje v systému mazání motoru .
Další prvky
Jako další prvky zařízení slouží tlumiče vibrací pohyblivého systému hydraulického, pneumatického a elektromagnetického principu činnosti k rychlému zklidnění ručičky v ustálené poloze vůči stupnici.
Doplňkovými prvky jsou stínění zařízení feromagnetickým stíněním a použití astatických zařízení v návrhu.
Vzhledem k tomu, že elektromagnetické přístroje vytvářejí během měření malé vnitřní pole, mohou vnější magnetická pole výrazně ovlivnit jejich hodnoty. K tomu se používají tzv. astatická zařízení se dvěma pevnými vinutími a dvěma jádry spojenými tak, že se jejich mechanické momenty sčítají. Vnější magnetické pole zeslabuje pole jednoho vinutí a zesiluje pole druhého vinutí a celkový točivý moment zůstává téměř konstantní.
Doplňkovým prvkem jsou také termoelektrické měniče, například termočlánky - pomocí nich se neměří hodnota proudu protékajícího vodičem, ale jeho tepelný ekvivalent. Připojením magnetoelektrického zařízení k takovému převodníku může měřit střídavé proudy o dostatečně vysoké frekvenci s vysokou přesností (bez takového převodníku budou hodnoty magnetoelektrického zařízení nulové). Termoelektrické měniče lze také použít pro galvanické oddělení měřicí části zařízení od obvodu, ve kterém je měřen proud.
K měření střídavých proudů pomocí magnetoelektrických přístrojů se používají také usměrňovací obvody (tzv. "detekční systémy") - používané především v ručičkových multimetrech a proudových kleštích . V tomto případě bude přístroj ukazovat přesnou hodnotu efektivní hodnoty pouze při sinusovém tvaru měřeného signálu, pokud je stupnice přístroje kalibrována v efektivních hodnotách, při nesinusovém tvaru signálu dojde k výrazným chybám v odečty zařízení.
Použití přístrojů v konstrukci přístroje pro astatismus, termoelektrický převod, usměrňovače a zesilovače je obvykle označeno speciálními symboly vytištěnými na stupnici přístroje, doplňujícími hlavní symbol typu systému měřicího přístroje.
Viz také
Poznámky
- ↑ GOST 23217-78 Analogové elektrické měřicí přístroje s přímým odečítáním. Použité symboly. . Získáno 1. září 2020. Archivováno z originálu dne 25. října 2020. (neurčitý)
- ↑ Existují konstrukce magnetoelektrických zařízení s nulou uprostřed, u kterých se šipka může odchylovat jak doprava, tak doleva v závislosti na průměrném směru proudu. Používají se například pro řízení nabíjecího a vybíjecího proudu baterie .
Literatura
- Ivanov I. I., Ravdonik V. S. Elektrotechnika: Proc. příspěvek na neelektr. specialista. vysoké školy. - M. : "Vysoká škola", 1984. - 376 s.