Оснач О.Ф. Товарознавство. Промислове обладнання, прилади, інструменти
Подождите немного. Документ загружается.
281
Розділ 7. Засоби промислової автоматики
Рис. 7.5. Побудова приладу магнітоелектричної системи з рухомою котуш@
кою: 1 – постійний магніт; 2 — полюсні надставки;
3 – сталевий циліндр; 4 – рамка приладу; 5 – стрілка@покажчік;
7 – спіральна пружина; 8 – коректор; 9 – гвинт коректора.
мотку рамки, вона повертається на певний визначений кут. Чим
більший струм пройде через обмотку рамки, тим на більший кут
вона повернеться, і на більший кут повернеться стрілкапокаж
чик. Таким чином, за кутом відхилення стрілки можна судити
про величину струму, що проходить по обмотці рамки.
При обертанні алюмінієвої рамки в магнітному полі пост
ійного магніту в ній виникає індукований струм. За правилом
Ленца напрямок цього струму такий, що створюване ним маг
нітне поле перешкоджає обертанню рамки. За рахунок цього
відбувається швидке заспокоєння стрілки після відхилення.
Такі механізми найбільш вигідно використовувати для ви
міру малих струмів і напруг у мікроамперметрах, гальваномет
рах, мілівольтметрах, логометрах. Для виміру великих струмів
у вимірювальний ланцюг послідовно підключають шунт — до
датковий провідник, що має невеликий опір. При цьому вели
ка частина вимірюваного струму проходить через шунт, а мен
ша через амперметр, що підключається паралельно шунту.
Шунти можуть знаходитися як усередині приладу, так і поза ним.
«Товарознавство»
282
Основні переваги приладів магнітоелектричної системи:
висока точність;
висока чутливість;
мале споживання потужності;
рівномірність шкали;
мала залежність показань від впливу зовнішніх магніт
них полів.
До недоліків цих приладів варто віднести придатність їх для
виміру тільки постійного струму, необхідність дотримання по
лярності при включенні, чутливість до перевантажень (спіраль
на пружина і тонкий дріт обмотки рамки при перевантаженні
можуть згоріти) і відносну складність конструкції.
Безпосередньо за допомогою амперметра магнітоелектрич
ної системи можна вимірювати струми до 30 мА, а за допомо
гою вольтметра – напруги в декілька десятків мілівольт.
Електромагнітні прилади
Побудова приладу електромагнітної системи показана на
рис. 7.6.
Нерухому частину приладу складає котушка з ізольованого
дроту. Рухома частина приладу складається зі сталевого сердеч
ника (пелюстка), укріпленого на осі.
Рис. 7.6. Принцип побудови
приладу електровимірювальної
системи: 1 – котушка,
2 – затиски для включення,
3 – щілина в котушці,
4 – сталевий сердечник,
5 – вісь, 6 – стрілка@покажчик,
7 – камера заспокоювача,
8 – спіральна пружина,
9 – поршень заспокоювача
283
Розділ 7. Засоби промислової автоматики
Електромагнітні прилади частіше усього використовуються
в якості амперметрів і вольтметрів. Обмотка котушки ампермет
ра виготовляється з товстого дроту і має дуже невеликий опір.
Амперметри електромагнітної системи дозволяють безпосеред
ньо вимірювати струми до 200 – 300 А.
Котушки вольтметрів електромагнітної системи намотані
дуже тонким дротом і мають велике число витків. Завдяки ве
ликому опорові електромагнітним вольтметром можна безпосе
редньо (без додаткових опорів) вимірювати напруги до 600 А.
Переваги приладів електромагнітної системи:
простота і надійність конструкції;
невисока вартість (електромагнітні прилади майже
вдвічі дешевше магнітоелектричних);
висока стійкість до перевантажень;
придатність для вимірів у ланцюгах змінного і постійно
го струмів;
малий вплив змін температури навколишнього середови
ща на точність показань.
Недоліки:
невисока точність;
мала чутливість;
залежність точності показань від зовнішніх магнітних
полів;
нерівномірність шкали;
непридатність для виміру малих струмів і напруг;
залежність показань від частоти вимірюваного струму.
Електродинамічні прилади
Побудова приладу електродинамічної системи показана на
рис. 7.7.
Нерухомою частиною приладу є котушка з ізольованого
товстого дроту. Число витків нерухомої котушки зазвичай не
велике. Рухомою частиною приладу також є котушка, але на
мотана тонким дротом з великим числом витків. Рухома ко
тушка знаходиться на осі. На цій же осі укріплена
стрілкапокажчик. Дві спіральні пружини створюють протидію
обертанню рухомої котушки.
«Товарознавство»
284
Принцип дії приладів електродинамічної системи заснова
ний на взаємодії магнітних полів, створюваних нерухомою і
рухомою котушками.
При розгляді взаємодії магнітного поля і провідника зі стру
мом вказувалося, що рамка зі струмом прагне зайняти в магн
ітному полі таке положення, щоб через неї проходив можливо
більший магнітний потік. Це ж явище спостерігається в прила
дах електродинамічної системи.
Кут повороту рухомої котушки залежить від розміру струму,
що проходить через прилад, і сили протидії спіральних пружин.
Прилади електродинамічної системи частіше усього викори
стовуються в якості амперметрів, вольтметрів і ваттметрів. У
вольтметрі нерухома і рухома котушки з’єднуються послідовно.
Послідовне з’єднання котушок застосовується також в ампермет
рах, використовуваних для виміру малих струмів (до 0,5 А). В
амперметрах, використовуваних для виміру великих струмів
(більше 0,5А) нерухома і рухома котушки з’єднуються паралельно.
Переваги електродинамічних приладів:
придатність для виміру постійного і змінного струмів
рівномірність шкали у ваттметрів;
відносно висока точність.
Недоліки:
сильніше вплив зовнішніх магнітних полів на точність
вимірів;
чутливість до перевантажень; :
висока вартість.
Рис. 7.7. Прилад електродинамічної системи
285
Розділ 7. Засоби промислової автоматики
Прилади індукційної системи
Прилади індукційної системи в даний час служать для ви
міру витрати електричної енергії в ланцюгах змінного струму.
Дія індукційного лічильника заснована на взаємодії вихрових
струмів з обертовим магнітним полем. Основними деталями
індукційного лічильника є два електромагніти 1 і 2, рухомий
алюмінієвий диск 5, редуктор 3, рахунковий механізм 4 і галь
мівний магніт 6 (рис. 7.8.).
Рис. 7.8. Лічильник електричної енергії
Магнітна система електромагнітів 1 і 2 має повітряні зазори,
причому котушка електромагніта 1 включається з навантаженням
послідовно, а котушка електромагніта 1 – паралельно. При визна
ченому розташуванні електромагнітів між їхніми полюсами ство
рюється обертове магнітне поле, у якому вільно поміщається обер
товий алюмінієвий диск. Обертове магнітне поле, пронизуючи
алюмінієвий диск, індукує у ньому вихрові струми. У результаті
взаємодії вихрових струмів з обертовим магнітним полем вини
кає механічна сила, що приводить диск 5 в обертання. Певне число
обертів відповідає одиниці електричної енергії (зазвичай 1 кВт/год).
Це співвідношення називається передаточним числом і вказуєть
ся на лічильнику, наприклад 1 кВт/год=1250 обертів. Індукційні
«Товарознавство»
286
механізми мають сильне власне магнітне поле і тому слабо чут
ливі до зовнішніх полів, стійкі до струмових перевантажень, од
нак придатні лише до змінного струму і, крім того, володіють
відносно низькою точністю.
На даний час все більш широке застосування знаходять
більш точні електронні лічильники електричної енергії.
Прилади вібраційної системи
Прилади вібраційної системи призначені для виміру часто
ти змінного струму. Дія вібраційних приладів заснована на
використанні явищ електромагнетизму і механічного резонан
су. Кожна механічна система, здатна здійснювати коливальні
рухи, має визначену частоту власних коливань, що обумов
люється масою і пружністю системи. При резонансі, тобто при
збігу частот власних коливань системи і коливань зовнішнього
джерела, амплітуда коливань даної механічної системи різко
збільшується. Ця властивість використовується у вимірюваль
них приладах вібраційної системи.
Вібраційний частотомір (рис. 7.8.) складається з електромаг
ніта 1, сталевого якоря 2, укріпленого на бруску 5, і декількох
вібраторів 3 із різною довжиною або масою. Кінці вібраторів
відігнуті під прямим кутом і розміщені горизонтально в щілині
на шкалі частотоміра. Брусок 5 кріпиться до пластинчастих
пружин 4, що забезпечує деяку рухливість механічної системи.
Рис. 7.8. Побудова частотоміра вібраційної системи
287
Розділ 7. Засоби промислової автоматики
Якщо по обмотці електромагніта пропустити змінний струм,
то якір 2 буде сильніше протягатися до полюсів у ті моменти,
коли струм має найбільше значення, тобто два рази за період.
Більшість частотомірів вібраційної системи призначене для
вимірювання частот 4555 Гц. Однак зустрічаються частотом
іри, розраховані для вимірювання більш високих частот до
15501650 Гц).
Перевагою приладів вібраційної системи є незалежності
показань від напруги мережі. Недоліки – залежність показань
від механічних вібрацій, неможливість виміру високих частот і
переривчастість шкали, унаслідок чого ускладнюються вимірю
вання на проміжних частотах, коли одночасно коливається де
кілька вібраторів.
Вимірювання окремих електричних величин
Для вимірювання струму і напруги використовуються вим
ірювальні прилади різних систем – амперметри і вольтметри.
Прилади, призначені для виміру струму, одержали назву
амперметрів. Амперметр включають у ланцюг таким чином, щоб
через нього проходив весь струм, що вимірюється, тобто по
слідовно. Для виміру постійного струму переважно використо
вуються амперметри магнітоелектричної системи, а для виміру
змінного струму частотою 50 Гц в основному використовують
ся амперметри електромагнітної системи. Опір амперметра по
винно бути дуже малим, щоб у ньому не відбувалося помітно
го падіння напруги. Існують амперметри якими можна
вимірювати і напругу, у цьому випадку на них є шкала, гра
дуйована в мілівольтах і підключення здійснюється паралель
но в мережу, з обов’язковим підключенням опору. Для вимірю
вання малих значень струму, використовуються гальванометри,
мікроамперметри, міліамперметри.
Електровимірювальні прилади, призначені для виміру на
пруги, називаються вольтметрами. Вольтметр включають пара
лельно ділянці електричного ланцюга, на якій вимірюють напру
гу. При цьому вольтметр повинен мати дуже великий опір
порівняно з опором елемента ланцюга, на якому вимірюють
«Товарознавство»
288
напругу. Це необхідно для зменшення погрішності виміру і для
того, щоб не було зміни режиму роботи ланцюга. Для виміру
напруги в ланцюгах постійного струму застосовують магнітое
лектричні вольтметри, а в ланцюгах змінного – електромагнітні
й електродинамічні вольтметри. При вимірі малих перемінних
напруг використовуються випрямні й електронні мілівольтмет
ри, причому при підвищених частотах переважно електронні.
У тих випадках, коли вольтметром потрібно вимірювати
напругу, що перевищує межі шкали, то послідовно з вольтмет
ром включають додатковий резистор
Шунти і додаткові резистори можна вмонтовувати як усе
редині приладу, так і підключати до його затисків на час
вимірів, в останньому випадку на шкалі приладу вказують: "З
окремим шунтом" або "З окремим додатковим резистором".
Для вимірювання опору може бути використаний метод ам
перметра і вольтметра. Опір можна визначити, розділивши по
казання вольтметра, підключеного до випробуваного резисто
ра, на показання амперметра, включеного послідовно з цим
резистором, R=U/Iм.
Рис. 7.9. Схема включення амперметра і вольтметра при вимірюванні опорів
а) б)
Для безпосереднього вимірювання опору служать прилади,
які називаються омметрами і мегаомметрами, що можуть вклю
чатися в схему послідовно або паралельно.
Омметр представляє собою вимірювальний прилад магніто
електричної системи з внутрішнім і додатковим резисторами.
Послідовно з омметром включається вимірюваний опір. Омметр
289
Розділ 7. Засоби промислової автоматики
має самостійне джерело живлення у вигляді сухих елементів.
Недоліком такого омметра є залежність його показань від на
пруги джерела живлення.
Для прикладу розглянемо омметр моделі М372 (рис. 7.10.).
Рис. 7. 10. Загальний вигляд
омметра моделі М372
Призначений, за допомогою
спеціального щупа і струбцини, для
вимірювання опору заземленої про
водки, установлення факту обриву
її, а також для виявлення при ко
роткочасному впливі змінної напру
ги на устаткуванні. Омметр призна
чений для роботи при температурі
навколишнього повітря від 30°С до
+40°С і відносній вологості до 90%
при температурі 30° С. Прилади мо
жуть виготовлятися в тропічному
виконанні для роботи при темпера
турі навколишнього повітря від 10° С
до 45° С і відносній вологості 98%
при температурі 35° С. Прилади призначені для роботи в при
міщеннях в умовах відсутності різких змін температури зовніш
нього середовища, впливу сонячної радіації, дощу і пилу. При
цьому заводське позначення приладу повинно бути М372 04.2.
Одним із методів вимірювання опору й інших електрич
них параметрів (індуктивностей, ємностей) є застосування
моста постійного і змінного струму. Міст для виміру опору
(мал. 7.11.) складається з трьох плечей із регульованими ре
зисторами R
1
, R
2
, R
3
(магазинів опорів), що разом із четвер
тим вимірюваним резистором, Rх утворять замкнутий кон
тур А, Г, Б, В. До. точок В і Г приєднується джерело живлення,
а до точок А і Б – гальванометр Г. Регулюванням резисторів
R
1
, R
2
і R
3
домагаються нульового відхилення стрілки гальва
нометра. При вимірюваннях малих опорів велику погрішність
вносять опори контактів і сполучних проводів. У таких випад
ках використовуються більш складні схеми (подвійні мости).
«Товарознавство»
290
Рис. 7.11. Схема моста для вимірювання опору
Надійна робота будьякої електротехнічної установки у ве
ликій мірі залежить від стану ізоляції як між проводами, так і
між струмоведучими частинами і землею. Ця ізоляція відносно
легко піддається старінню під дією вологи, високої температу
ри і т.ін., тому опір ізоляції необхідно періодично вимірювати.
Опори ізоляції мережі, що не знаходиться під робочою напру
гою, вимірюють мегаомметром, один затиск якого приєднують
до випробуваного проводу, а другий його затиск з’єднують із
землею. Обертаючи рукоятку індуктора магаомметра, що пред
ставляє маленький магнітоелектричний генератор, відраховують
на шкалі приладу значення опору, що вимірюється.
Для вимірювання потужності в ланцюзі постійного струму
не потрібно спеціального приладу, тому що потужність Р=UI
легко може бути підрахована за показниками вольтметра й
амперметра.
У ланцюзі змінного струму потужність залежить не тільки
від напруги і струму, але і від зрушення фаз між ними:
Р=UIсоs
M
. Тому для вимірювання потужності у цьому випадку
необхідний спеціальний прилад – ваттметр електродинамічної
або феродинамічної систем. Обертаючий момент в електроди
намічного ваттметра пропорційний добутку напруги і струму.
Феродинамічні ваттметри мають меншу точність і в ланцюгах