Приборы термоэлектрической системы

n Термоэлектрические (ТЭ) измерительные приборы основаны на преобразовании электрической энергии в тепловую и затем вновь в электрическую.

n Приборы этой системы состоят из термоэлектрического преобразователя (ТП) и магнитоэлектрического измерительного механизма.

n Термоэлектрический преобразователь представляет собой объединение нагревателя (тонкая проволока из нихрома или константана) и термопары (рис. 3.6, а).

n ТермоЭДС термопары е T зависит от температуры ее рабочего спая, т. е. от температуры нагревателя, которая, в свою очередь определяется действующим значением протекающего по нему тока i(t)

n Протекающий по нагревателю ТП ток i(t) (переменный или постоянный) нагревает рабочий спай термопары до температуры, пропорциональной квадрату действующего значения этого тока.

n Свободные концы термопары подключаются к магнитоэлектрическому ИМ (рис.3.6, 6). Ток I M, текущий через ИМ:

n I M = e T / R

n где e T — термоЭДС термопары; R — суммарное сопротивление термопары и ИМ.

n Показание прибора α определяется по следующей формуле:

α = k·I²

n где k — коэффициент пропорциональности, определяемый особенностями конструкции ТП; I — действующее значение измеряемого тока i(t).

n Расширение диапазонов измерения ТЭ амперметров в сторону увеличения значений осуществляется с помощью измерительных трансформаторов тока.

n Для расширения пределов ТЭ вольтметров применяют добавочные резисторы с различными сопротивлениями.

n К достоинствам ТЭ приборов можно отнести следующие:

n • работа как с постоянными, так и с переменными токами и напряжениями;

n • реакция на истинное среднее квадратическое (действующее) значение независимо от формы сигнала;

n • широкий диапазон частот измеряемых сигналов (до десятков мегагерц);

n • сравнительно высокая точность приборов (типичные классы точности 1,0... 1,5).

n К недостаткам ТЭ приборов относятся:

n • невысокое быстродействие в силу значительной тепловой инерционности ТП;

n • заметное собственное потребление приборов от источника исследуемого сигнала;

n • неравномерность (квадратичность) шкалы приборов;

n • зависимость точности от изменения температуры свободных концов термопары;

n • малая перегрузочная способность.

n Обозначение термоэлектрических приборов на шкалах:

3 .2.4. Приборы электромагнитной системы

n В щитовых измерительных приборах, предназначенных для работы в электрических цепях переменного тока промышленной частоты, широко применяется электромагнитная (ЭМ) система, которая имеет ряд преимуществ перед магнитоэлектрической.

n Конструкция и принцип действия. В основе самой простой конструкции (рис. 3.7) этого ИМ полая катушка с измеряемым током I (или с током, пропорциональным измеряемому напряжению U в случае вольтметра).

n Протекающий по катушке 1 ток создает магнитный поток, который притягивает (втягивает внутрь катушки) сердечник 4, выполненный из магнитомягкого материала и закрепленный на оси 2.

n При этом возникает вращающий момент М, равный производной энергии этой электромеханической системы по углу поворота α:

n M = (½) I² dL / dα

n где I— действующее значение тока в катушке; L — индуктивность катушки; α — угол поворота сердечника.

n Спиральная пружина З служит для создания противодействующего момента M ПР

M ПР = α Ω,

n где Ω — удельный противодействующий момент.

n Моменты М и М ПР, направлены навстречу друг другу. С ростом угла поворота α противодействующий момент М ПР пропорционально растет. Это происходит до тех пор пока моменты не станут равными.

n При М = М ПР,

(½) I² · dL / d α= αΩ

n Следовательно, угол поворота

α = [ I² · dL / d α ] / 2 Ω

n Отсчетное устройство — стрелка 5 и шкала 6 — преобразует угол поворота сердечника в показания (отсчет).