Достоинства и недостатки электроизмерительных приборов различных систем
| Система приборов | Достоинства приборов | Недостатки приборов |
| Магнитоэлектрическая | Высокая чувствительность. Большая точность. Относительно небольшое влияние внешних полей. Малое потребление энергии. Малое влияние температуры. Равномерность шкалы. | Пригодность только для постоянного тока. чувствительность к перегрузкам. Сложная конструкция и высокая стоимость. |
| Электромагнитная | Простота и надежность конструкции, низкая стоимость. Возможность получить приборы на большой ток при непосредственном включении (без шунтов и трансформаторов). Высокая устойчивость к перегрузкам. Пригодность для постоянного и переменного токов. Надежность в эксплуатации. Малое влияние температуры. | Малая точность. Зависимость показаний от внешних магнитных полей. Неравномерная шкала. Непригодность для измерений малых токов и низких напряжений. |
| Электродинамическая | Высокая точность. Пригодность для постоянного и переменного токов. | Влияние внешних магнитных полей. Чувствительность к перегрузкам. Большое собственное потребление энергии. неравномерность шкалы. Высокая стоимость. |
| Термоэлектрическая | Независимость показаний от частоты измеряемой величины и внешних магнитных полей. Пригодность для постоянного и переменного токов. Большая чувствительность. Малое потребление энергии. | Большая чувствительность к перегрузкам. Высокая стоимость. |
| Индукционная | Большой вращающий момент. высокая устойчивость к перегрузкам. Малое влияние внешних полей. надежность в работе. | Малая точность. Пригодность только для переменного тока. Неравномерность шкалы. зависимость показаний от температуры, частоты и формы кривой измеряемой величины. |
| Электростатическая | Малое потребление энергии. независимость показаний от частоты, температуры и внешнего магнитного поля. | Зависимость показаний от внешнего электрического поля. Зависимость показаний от влажности воздуха. |
| Вибрационная | Простота конструкции и надежность в работе. Возможность включения в цепи с различными напряжениями. | Вибрация пластин от внешних толчков. Прерывистость шкал и затруднительность отсчета при промежуточной частоте. |
Индуктивное и активное сопротивление кабелей при температуре 65°С, Ом/км
| Сечение жилы, мм 2 | Частота тока 50 Гц | Частота тока 400 Гц | Примечания | ||
| Индуктивное сопротивление Х | Активное сопротивление R | Индуктивное сопротивление Х | Активное сопротивление R | ||
| 0,75 1,5 2,5 | — 0,118 0,110 0,108 0,101 0,095 0,092 0,087 0,085 0,082 0,078 0,076 0,075 0,073 0,073 0,073 0,073 | 28,8 21,6 14,4 8,65 5,4 3,6 2,16 1,35 0,865 0,617 0,432 0,309 0,227 0,18 0,144 0,118 0,092 | — 0,94 0,89 0,86 0,81 0,76 0,74 0,70 0,68 0,65 0,62 0,60 0,60 0,59 0,59 0,59 0,59 | 28,8 21,6 14,4 8,65 5,4 3,6 2,16 1,35 0,874 0,629 0,449 0,337 0,263 0,225 0,193 0,169 0,146 | 1. Пересчет активных сопротивлений на другие температуры нагрева:
; 2. Сопротивление кабеля длиной l(м):
, (Ом):
, (Ом). 3. При прокладке n кабелей длиной l(м) параллельно:
, (Ом);
, (Ом). |
Нормы нагрузок (А) на кабели с резиновой изоляцией марок КНР, КНРП, КНРУ, КНРЭ, прокладываемые открыто одиночно и в один ряд
| Площадь сечения жил, мм 2 | Длительные допустимые нагрузки кабелей | Кратковременные допустимые нагрузки (время, мин) кабелей | Повторно-кратковременные допустимые нагрузки (продолжительность рабочего цикла, %) кабелей | |||||
| Одножильных | Двухжильных | Трехжильных | Одножильных | Двухжильных | Трехжильных | Одножильных | Двухжильных | Трехжильных |
| 1,5 2,5 | ||||||||
| Примечания. 1. Нормы действительны для сетей постоянного тока и для переменного тока с частотой 50 Гц. 2. Таблица составлена с учетом нагрева токопроводящей жилы до 65° С при температуре окружающей среды 40° С. |
Нормы электрических нагрузок одиночно проложенных кабелей марок РМ, РШМ, НРШМ, РГМ, соответствующие нагреву токопроводящей жилы до 65° С при температуре окружающей среды 40° С
| Площадь сечения жил, мм 2 | Длительные допустимые нагрузки кабелей | Кратковременные допустимые нагрузки (время, мин) кабелей | Повторно-кратковременные допустимые нагрузки (продолжительность рабочего цикла, %) кабелей | |||||
| Одножильных | Двухжильных | Трехжильных | Одножильных | Двухжильных | Трехжильных | Одножильных | Двухжильных | Трехжильных |
| 1,5 2,5 | — — — | — — — | — — — | — — — | — — — |
Коэффициенты снижения нагрузки при открытой прокладке кабеля в два ряда или пучке (I=KIрасч)
| Продолжительность работы кабеля в течение суток, ч | Коэффициенты снижения нагрузки кабеля при прокладке | |
| Двухрядной | Пучковой | |
| До 7 До 18 До 24 | 1,08 1,25 | 1,46 1,7 |
Коэффициент поправочный для прокладки кабеля в помещении с температурой окружающей среды, отличной от 40° С(
).
| Температура окружающей среды, ° С | |||||||||
| Значения поправочного коэффициента | 1,34 | 1,26 | 1,18 | 1,10 | 1,00 | 0,89 | 0,78 | 0,63 | 0,45 |
1. Подготовка и оформление курсовых, дипломных, реферативных и диссертационных работ: методическое пособие / сост. И.Н.Кузнецов. Минск: Харвест, 1999
2. Соловьев Н.Н. Судовые электроэнергетические системы.- М.: Транспорт, 1987.
3. Сухарев Е.М. Судовые электрические станции, сети и их эксплуатация.- Л.: Судостроение,1986.
4. Иванов В.И. Электрические средства автоматизации речных судов.- М.: Транспорт, 1990.
5. Российский Речной Регистр. Правила 2т. – М.: Марин инжиниринг сервис, 1995.
6. Российский Морской Регистр Судоходства.- Санкт Петербург: Судостроение, 1999 г.
7. Международная конвенция по подготовке и дипломированию моряков и несению вахты 1978 года, исправленная протоколом 1995 года с изменениями и дополнениями (ПДПНВ-78/95). – М.: ФСТМ, 1996.
8. Типовые программы предъявления средств автоматизации серийных судов регистру ЕФ в период эксплуатации при их освидетельствовании. – М.: ЦРИА Морфлот, 1981.
Дополнительная
- Роджеро Н.И. Справочник судового электромеханика.- М.: Транспорт, 1986.
- Лейкин В.С. Судовые электрические станции и сети.- М.: Транспорт, 1982.
- Яковлев Г.С. Судовые электроэнергетические системы.- Л.: Судостроение, 1980
- Марков Э.Т. Судовые электрические аппараты. — Л.: Судостроение, 1981.
Достоинства характерные для электроизмерительных приборов
Воропаев Е.Г.
Электротехника
3.1.ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
Oпределение: Измерение — это процесс определения физической величины с помощью технических средств.
Мера — это средство измерения физической величины заданного размера.
Измерительный прибор — это средство измерения, в котором вырабатывается сигнал, доступный для восприятия наблюдателем.
Меры и приборы подразделяются на образцовые и рабочие.
Образцовые меры и приборы служат для поверки по ним рабочих средств измерений.
Рабочие меры и приборы служат для практических измерений.
З.2. КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ
Электроизмерительные приборы можно классифицировать по следующим признакам:
методу измерения;
роду измеряемой величины;
роду тока;
степени точности;
принципу действия .
Существует два метода измерения: 1) метод непосредственной оценки, заключающийся в том, что в процессе измерения сразу оценивается измеряемая величина;
2) метод сравнения, или нулевой метод, служащий основой действия приборов сравнения: мостов, компенсаторов.
По роду измеряемой величины различают электроизмерительные приборы: для измерения напряжения (вольтметры, милливольтметры, гальванометры); для измерения тока (амперметры, миллиамперметры, гальванометры); для измерения мощности (ваттметры); для измерения энергии (электрические счетчики); для измерения угла сдвига фаз (фазометры); для измерения частоты тока (частотомеры); для измерения сопротивлений (омметры), и т.д.
В зависимости от рода измеряемого тока различают приборы постоянного, переменного однофазного и переменного трехфазного тока.
По степени точности приборы подразделяются на следующие классы точности: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; и 4,0. Класс точности не должен превышать приведенной относительной погрешности прибора, которая определяется по формуле:
где А — показания поверяемого прибора; А — показания образцового прибора; Amax — максимальное значение измеряемой величины (предел измерения).
В зависимости от принципа действия различают системы электроизмерительных приборов. Приборы одной системы обладают одинаковым принципом действия. Существуют следующие основные системы приборов: магнитоэлектрическая, электромагнитная, электродинамическая, индукционная.
3.3. МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА
Приборы этой системы (рис. 3.3.1) содержат постоянный магнит — 1, к которому крепятся полюса — 2. В межполюсном пространстве расположен стальной цилиндр — 3 с наклеенной на него рамкой — 4. Ток в рамку подается через две спиральные пружины -5. Принцип действия прибора основан на взаимодействии тока в рамке с магнитным полем полюсов.
Это взаимодействие вызывает вращающий момент , под действием которого рамка и вместе с ней цилиндр повернутся на угол .
Спиральная пружина, в свою очередь, вызывает противодействующий момент .
Так как вращающий момент пропорционален току,
, а противодействующий момент пропорционален углу закручивания пружин
, то можно написать:
где k и D — коэффициенты пропорциональности. Из написанного следует, что угол поворота рамки
где
— чувствительность прибора к току, определяемая числом делений шкалы, соответствующая единице тока; CI — постоянная по току, известная для каждого прибора.
Следовательно, измеряемый ток можно определить произведением угла поворота (отсчитывается по шкале) и постоянной по току CI.
К достоинствам этой системы относят высокую точность и чувствительность, малое потребление энергии.
Из недостатков следует отметить сложность конструкции, чувствительность к перегрузкам, возможность измерять только постоянный ток (без дополнительных средств).
3.4. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СИСТЕМА
Приборы этой системы (рис. 3.4.1) имеют неподвижную катушку — 1 и подвижную часть в виде стального сердечника — 2, связанного с индикаторной стрелкой — 3 противодействующей пружины — 4.
Измеряемый ток, проходя по катушке, намагничивает сердечник и втягивает его в катушку.
При равенстве вращающего и тормозящего моментов система успокоится. По углу поворота подвижной части определяют измеряемый ток.
Среднее значение вращающего момента пропорционально квадрату измеряемого тока:
Так как тормозящий момент, создаваемый спиральными пружинами, пропорцио-нален углу поворота подвижной части , уравнение шкалы прибора запишем в виде:
Другими словами, угол отклонения подвижной части прибора пропорционален квадрату действующего значения переменного тока.
К главным достоинствам электромагнитной силы относятся: простота конструкции, надежность в работе, стойкость к перегрузкам.
Из недостатков отмечаются: низкая чувствительность, большое потребление энергии, небольшая точность измерения, неравномерная шкала.
3.5. ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКАЯ СИСТЕМА
Эта система представляет собой две катушки (рис. 3.5.1), одна из которых неподвижная, а другая — подвижная. Обе катушки подключаются к сети, и взаимодействие их магнитных полей приводит к повороту подвижной катушки относительно неподвижной.
Из уравнения
видно, что шкала электродинамической системы имеет квадратичный характер. Для устранения этого недостатка подбирают геометрические размеры катушек таким образом, чтобы подучить шкалу, близкую к равномерной.
Эти системы чаще всего используются для измерения мощности, т.е. в качестве ваттметров, тогда:
В этом случае шкала ваттметра равномерная.
Основным достоинством прибора является высокая точность измерения.
К недостаткам относятся малая перегрузочная способность, низкая чувствительность к малым сигналам, заметное влияние внешних магнитных полей.
3.6. ИНДУКЦИОННАЯ СИСТЕМА
Приборы индукционной системы получили широкое распространение для измерения электрической энергии. Принципиальная схема прибора приведена на рис. 3.6.1. Электрический счетчик содержит магнитопровод — 1 сложной конфигурации, на котором размещены две катушки; напряжения — 2 и тока — 3. Между полюсами электромагнита помещен алюминиевый диск — 4 с осью вращения — 5. Принцип действия индукционной системы основан на взаимодействии магнитных потоков, создаваемых катушками тока и напряжения с вихревыми токами, наводимыми магнитным полем в алюминиевом диске.
Вращающий момент, действующий на диск, определяется выражением:
где ФU — часть магнитного потока, созданного обмоткой напряжения и проходящего через диск счетчика; ФI — магнитный поток, созданный обмоткой тока; — угол сдвига между ФU и ФI. Магнитный поток ФU пропорционален напряжению
Магнитный поток ФI пропорционален току:
Для того чтобы счетчик реагировал на активную энергию, необходимо выполнить условие:
т.е. вращающий момент пропорционален активной мощности нагрузки.
Противодействующий момент создается тормозным магнитом — 6 и пропорционален скорости вращения диска:
В установившемся режиме
и диск вращается с постоянной скоростью. Приравнивая два последних уравнения и решив полученное уравнение относительно угла поворота диска
Таким образом, угол поворота диска счетчика пропорционален активной энергии. Следовательно, число оборотов диска n тоже пропорционально активной энергии.
3.7. ИЗМЕРЕНИЕ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ
Измерение тока производится прибором, называемым амперметром.
Существуют четыре схемы включения амперметра в цепь. Первые две (рис. 3.7.1) предназначены для измерения постоянного тока, а две вторые схемы — для измерения переменного тока.
Вторая и четвертая схемы применяются в тех случаях, когда номинальные данные амперметра меньше измеряемой величины тока. В этом случае при определении истинного значения тока нужно учитывать коэффициент преобразования:
где Iист — истинное значение тока,
Iизм — измеренное значение тока,
kпр — коэффициент преобразования.
Измерение напряжения производится вольтметром. Здесь также возможны четыре различных схемы подключения прибора (рис. 3.7.2).
В этих схемах также используются методы расширения пределов измерения напряжения (вторая и четвертая схемы).
3.8. ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ
Для измерения мощности постоянного тока достаточно измерить напряжение и ток. Результат определяется по формуле:
Метод амперметра и вольтметра пригоден и для измерения полной мощности, а также активной мощности переменного тока, если cos j = 1.
Чаще всего измерение мощности осуществляется одним прибором — ваттметром.
Как было сказано ранее, для измерения мощности лучшей является электродинамическая система.
Ваттметр снабжен двумя измерительными элементами в виде двух катушек: последовательной и параллельной. По первой катушке течет ток, пропорциональный нагрузке, а по второй — пропорциональный напряжению в сети.
Угол поворота подвижной части электродинамического ваттметра пропорционален произведению тока и напряжения в измерительных катушках:
На рис. 3.8.1 показана схема включения ваттметра в однофазную сеть.
В трехфазных сетях для измерения мощности используют один, два и три ваттметра.
Если нагрузка симметричная и включена «звездой», то достаточно одного ваттметра (рис. 3.8.2, а). Если в этой же схеме нагрузка несимметрична по фазам, то используются три ваттметра (рис. 3.8.2, б). В схеме соединения потребителей «треугольником» измерение мощности производится двумя ваттметрами (рис. 3.8.2, в).
3.9. ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЙ
Электрическое сопротивление в цепях постоянного тока может быть определено косвенным методом при помощи вольтметра и амперметра. В этом случае:
Можно использовать омметр — прибор непосредственного отсчета. Существуют две схемы омметра: а) последовательная; б) параллельная (рис. 3.9.1).
Уравнение шкалы последовательной схемы намерения:
где г — сопротивление цепи гальванометра. При
угол поворота подвижной части прибора определяется величиной измеряемого сопротивления Rx. Поэтому шкала прибора может быть непосредственно проградуирована в Омах. Ключ K используется для установки стрелки прибора в нулевое положение. Омметры параллельного типа удобнее применять для измерения небольших сопротивлений
Измерение сопротивлений можно также осуществлять логометрами. На рис. 3.9.2 приведена принципиальная схема логометра.
Отклонение подвижной части логометра:
Таким образом, показание прибора не зависит от напряжения источника питания и определяется величиной измеряемого сопротивления Rx.