Раздел 9. Электроизмерительные приборы

В зависимости от измеряемого параметра электрической цепи, различают следующие виды электроизмерительных приборов: амперметры, вольтметры, ваттметры, омметры (в т. ч. мегаомметры – для контроля сопротивления изоляции), гальванометры, частотометры и др. Кроме этого электроизмерительные приборы различают по следующим признакам:

по роду тока, по степени точности, по принципу действия, по способу получения отсчета, по характеру применения.

Кроме этих признаков, электроизмерительные приборы можно также отличать: по способу монтирования, по способу защиты от внешних магнитных или электрических полей, по выносливости в отношении перегрузок, по пригодности к применению при различных температурах, по габаритным размерам и другим признакам.

По принципу действия электроизмерительные приборы, применяемые на ТПС (тяговом подвижном составе), в основном различают на приборы магнито-электрической и электромагнитной системы.

Классический способ включения в маломощную цепь амперметра и вольтметра представлен на рис. 1.12. Амперметр имеет малое внутренне сопротивление, поэтому, во избежание его влияния на остальную цепь его включают последовательно с нагрузкой. Вольтметр имеет большое внутреннее сопротивление, поэтому его включают параллельно с нагрузкой.

9.1. Приборы магнито-электрической системы используются в качестве амперметров и вольтметров, в основном, в электрических цепях постоянного тока, для контроля соответственно тока и напряжения.

Устройство:

Включает в себя неподвижную и подвижную часть. Неподвижная часть выполнена в виде подковообразного магнита (1) с полюсными наконечниками (2).

Между ними расположена подвижная часть прибора.

Подвижная часть представляет собой ось, на которой крепится стрелка прибора и катушка (5) виде рамки. Ось связана с двумя спиральными пружинами, через которые подается напряжение на катушку от клемм прибора.

Работа:

При подаче напряжения на клеммы прибора по катушке будет протекать ток. Так как катушка находится в магнитном поле полюсов, то на ее витки будет действовать выталкивающая сила, под действием которой катушка вместе с осью и стрелкой прибора поворачивается. При этом спиральные пружины закручиваются.

Как только момент сопротивления пружин сравняется с вращающим моментом катушки, стрелка прибора остановится и по шкале, напротив стрелки, можно зафиксировать значение измеряемой величины. Угол отклонения стрелки прямо пропорционален току, протекающему по катушке.

Достоинства:

Шкала прибора равномерная.

Недостатки:

1) Малая перегрузочная способность;

Прибор требует строгого соблюдения полярности при включении в цепь;

Относительно высокая стоимость;

Для расширения пределов измерения приборов параллельно амперметру подключается шунт, а последовательно с вольтметром – добавочное сопротивление.

При этом шкала прибора должна быть отградуирована с учетом сопротивления шунта или добавочного сопротивления. Поэтому, прибор будет показывать истинное значение измеряемой величины.

9.2. Электромагнитная система

Приборы предназначены для измерения тока и напряжения в основном, в электрических цепях переменного тока.

Устройство:

Неподвижная часть выполнена в виде катушки с прорезью в своем каркасе.

Выводы катушки подключаются к клеммам прибора.

Подвижная часть состоит из оси, на которой закреплен якорь лепестковой формы и стрелка прибора. Ось связана со спиральной пружиной. Имеется также воздушный демпфер - для уменьшения вибрации стрелки.

Работа:

При подаче напряжения на катушку якорь втягивается вовнутрь катушки.

При этом ось со стрелкой поворачивается и спиральная пружина закручивается. Как только электромагнитная сила, действующая на якорь уравновесится силой сопротивления пружины, то стрелка прибора остановится и по шкале напротив стрелки можно зафиксировать значение измеряемой величины.

Угол отклонения стрелки зависит от I²

Достоинства: относительно недорогой прибор, высокая перегрузочная способность, не требует соблюдения полярности при включении в цепи постоянного тока

Недостатки: неравномерная шкала.

Для расширения пределов измерения амперметров требуются трансформаторы тока, а вольтметров – трансформаторы напряжения.

При этом, шкала прибора должна быть отградуирована с учетом коэффициента трансформации трансформатора тока или напряжения. Поэтому, прибор будет показывать истинное значение измеряемой величины.

Измерение мощности.Для измерения мощности на участке цепи используют ваттметр. Ваттметр имеет две обмотки: неподвижную токовую обмотку, которая включается последовательно участку, и подвижную обмотку напряжения, включаемую параллельно участку. В соответствии с этим ваттметр имеет четыре зажима, два из которых обозначены символом I, а два других – символом U. Ваттметр является прибором, требующим при подключении соблюдения правильной полярности, поэтому его генераторные зажимы (один зажим токовой обмотки и один зажим обмотки напряжения, к которым присоединяются проводники, идущие со стороны источника) обозначаются звездочками. Схема включения ваттметра представлена на рис. 1.13.