Электрические средства измерений - СССР, 1950-е годы

Приборы и оборудование:

1). Технические измерительные приборы магнитоэлектрической системы (вольтметр со шкалой 0-15 В и амперметр со шкалой 0-5 А),

2). Технические измерительные приборы электромагнитной системы (вольтметр и амперметр с такими же шкалами, как у предыдущих приборов),

3). Разобранные приборы различных систем или учебный щит,

4). Два ламповых или проволочных реостата на ток до 5 А,

5). Выпрямитель газотронный (школьный) или его заменяющий источник,

6). Трансформатор школьный (127 или 220 х 12 В),

7). Соединительные проводники,

8). Отвертка.

Теоретические сведения

Технические электроизмерительные приборы монтируют в круглых металлических (рис. 1) или в прямоугольных кожухах из пластмассы (рис. 2). На шкалу приборов наносят наиболее важные их технические характеристики (рис. 3). Это необходимо для получения основных сведений о приборе без рассмотрения его паспорта или подробного описания.

Рис. 1. Электроизмерительный прибор характеристик в круглом металлическом корпусе

Рис. 2. Электроизмерительный прибор в прямоугольном корпусе из пластмассы

Рис. 3. Шкала технического электроизмерительного прибора

В соответствии с требованиями ГОСТ 1845-52 на шкале прибора должны быть такие данные: 1) условное обозначение типа прибора и год его выпуска, 2) заводской номер, 3) товарный знак, 4) обозначение рода измеряемой величины (вольтметр — V, амперметр — А), 5) класс точности и номер ГОСТа, 6) условное обозначение измеряемого тока (переменный или постоянный), 7) система прибора, 8) условное обозначение нормального положения прибора при измерении (если это необходимо), 9) величина испытательного напряжения изоляции.

Электроизмерительные приборы для измерения величины тока (амперметры и миллиамперметры) включают в цепь только последовательно с потребителем. Чтобы включение этих приборов не изменяло величину тока в цепи, их внутреннее сопротивление должно быть значительно меньше сопротивления потребителей.

Приборы для измерения напряжения — вольтметры (милливольтметры, киловольтметры) — включаются в цепь только параллельно потребителям или участкам сопротивлений, на которых измеряют напряжение. Для того чтобы подключение вольтметра не изменяло бы измеряемого напряжения, внутреннее сопротивление прибора должно быть значительно большим по сравнению с сопротивлением потребителя или участка цепи, на котором производят измерение напряжения.

Описание схемы измерений

Принципиальная схема измерений приведена на рисунке 4. Ламповые реостаты R₁ и R₂ соединены последовательно с амперметром и через предохранители присоединены к рубильнику Р. К другим зажимаем рубильника подключают провода, идущие от источника тока (выпрямителя или понижающей обмотки школьного трансформатора).

Если схема собрана для постоянного тока, измерения производят магнитоэлектрическими измерительными приборами (примечание - можно измерять и электромагнитными приборами, но они дают малую точность). Амперметр включают в один из проводов цепи (последовательно), а к вольтметру присоединяют проводники со щупами, для того чтобы можно было измерять напряжение на любом участке цени. Ток для питания аппаратуры берут от выпрямителя.

Рис. 4. Схема включений приборов для измерений

Такой же схемой пользуются для измерений переменного тока, но в цепь включают приборы электромагнитной системы. При этом схему подключают к понижающей обмотке школьного трансформатора.

Амперметры и вольтметры

Амперметры и вольтметры чаще всего бывают магнитоэлектрической системы — для измерения в цепях постоянного тока — или электромагнитной системы — для измерений в цепях переменного тока промышленной частоты (пятьдесят периодов в секунду или 50 Гц). Измерительный механизм прибора магнитоэлектрической системы показан на рисунке 5. Он состоит из постоянного подковообразного магнита к полюсам которого укреплены полюсные башмаки 2, между ними находится алюминиевая рамка с обмоткой 3. Рамка укреплена на двух полуосях 4, упирающихся в подпятники 5. В середине рамки точно по ее оси установлен стальной цилиндр 6. Поэтому между полюсными башмаками и цилиндром образуется сильное равномерное радиальнонаправленное магнитное поле. Рамка с обмоткой размещается в зазоре между башмаками и цилиндром, не касаясь их.

Рис. 5. Схема устройства электроизмерительного прибора магнитоэлектрической системы: 1 — подковообразный магнит, 2 — полюсные башмаки, 3 — алюминиевая рамка с обмоткой, 4 — полуоси, 5 — подпятники, 6 — стальной цилиндр, 7 — указательная стрелка, 8 — спиральные пружинки, 9 — шкала, 10 — уравновешивающие грузики.

При прохождении тока по виткам обмотки возникает взаимодействие между магнитным полем тока и магнитным полем постоянного магнита. Вследствие этого взаимодействия образуется сила, поворачивающая рамку (возникает вращающий момент). Направление движения рамки определяется по правилу левой руки.

Подвижная система успокаивается вследствие взаимодействия постоянного магнитного поля и индукционных токов, возникающих в алюминиевом каркасе рамки при движении ее в этом магнитном поле.

Спиральные пружинки 8 создают противодействующий момент. Они же служат для подвода тока в рамку. Равновесие наступает при равенстве вращающего и противодействующего моментов, при этом указательная стрелка 7 показывает на шкале значение измеряемой величины. Для установки стрелки на 0 натяжение спиральных пружинок можно регулировать при помощи винта (корректора), выведенного на панель прибора. Винт через систему — эксцентрик, вилка и рычаг — связан с передней спиральной пружинкой. Система корректирования на рисунках не показана.

В амперметрах и вольтметрах электромагнитной системы используется действие магнитного поля тока, проходящего по неподвижной катушке на подвижный сердечник из ферромагнитного материала. В современных электроизмерительных приборах этой системы применяются плоские или круглые катушки. Схема устройства прибора с плоской катушкой приведена на рисунке 6. Неподвижная часть прибора состоит из катушки 7, в середину которой может входить плоский железный лепесток 2, прикрепленный к оси 3, упирающейся в подпятники 4.

Рис. 6. Схема устройства прибора электромагнитной системы с плоской катушкой: 1 — неподвижная катушка, 2 — подвижной лепесток, 3 — ось, 4 — подпятники, 5 — спиральная пружина, 6 — указательная стрелка, 7 — алюминиевая пластинка успокоителя, 8 — магнит, 9 — шкала, 10 — уравновешивающие грузики.

Когда по катушке проходит постоянный или переменный ток, лепесток втягивается в середину ее и ось со стрелкой 6 поворачивается. При этом закручивается спиральная пружинка 5, образуя противодействующий момент. Успокоение колебаний происходит вследствие действия магнитоиндукционного успокоителя, состоящего из алюминиевой пластинки 7 и постоянного магнита 8. При движении пластинки в поле постоянного магнита в вей возникают вихревые токи, образующие магнитное поле. Взаимодействие поля постоянного магнита с полем вихревых токов создает торможение! и колебания подвижной системы постепенно затухают — происходит успокоение.

В электромагнитном приборе другой конструкции (рис. 7) неподвижной частью служит круглая катушка 1. В середине ее укреплена железная пластинка 2. Вторая железная пластинка 3 прикреплена к оси 4, упирающейся в подпятники 5. При прохождении переменного или постоянного тока по катушке, обе пластинки намагничиваются одинаковой полярностью и отталкиваются, образуя вращающий момент. Вследствие этого подвижная часть прибора поворачивается. Противодействующий момент образуется спиральной пружинкой 6 так же, как и в предыдущем приборе.

Рис. 7. Схема устройства прибора электромагнитной системы с круглой катушкой: 1 — катушка, 2 — неподвижная железная пластинка, 3 — подвижная железная пластинка, 4 — ось, 5 — подпятники, 6 — спиральная пружина, 7 — указательная стрелка, 8 — шкала, 9 — алюминиевая пластинка успокоителя, 10 — уравновешивающие грузики.

Ваттметры

Ваттметры — это приборы электродинамической системы. Они применяются для измерения мощности электрического тока. Принцип их действия основан на взаимодействии, возникающем между двумя проводниками при прохождении по ним электрического тока. Схема устройства ваттметра приведена на рисунке 8.

Рис. 8. Схема устройства измерительного прибора электродинамической системы ваттметра: 1 — неподвижная катушка из толстой проволоки, 2 — подвижная катушка из тонкого провода, 3 — ось, 4 — подпятники, 5 — спиральные пружины, 6 — указательная стрелка, 7 — рычажок успокоителя, 8 — воздушный успокоитель, 9 — шкала, 10 — уравновешивающие грузики.

Неподвижной частью прибора является катушка 1 из небольшого количества витков толстого изолированного провода. В середине ее укреплена на оси 3 подвижная катушка 2 из большого количества витков тоненького изолированного провода. Ось упирается в подпятники 4. Концы обмотки подвижной катушки соединены со спиральными пружинками. Они являются одновременно выводными проводниками и приспособлениями для создания противодействующего момента. К оси прикреплена указательная стрелка 6 и рычажок воздушного успокоителя 7. При измерении мощности электрического тока неподвижная катушка включается последовательно в цепь нагрузки. Через нее проходит ток J_i потребляемый нагрузкой. Подвижная катушка присоединяется через добавочное сопротивление параллельно цепи нагрузки (потребителя), как показано на рисунке 9.

Рис. 9. Схема измерительного прибора электродинамической системы

Через нее проходит ток J_v, величина которого пропорциональна напряжению, подведенному к цепи. Вследствие взаимодействия токов, протекающих по катушкам, возникает вращающий момент, пропорциональный измеряемой мощности электрического тока в цепи, равной произведению IU (примечание - из сказанного следует, что электродинамические приборы при некотором изменении во включении могут использоваться, как амперметры и вольтметры).

Приборы электродинамической системы обладают высокой точностью и пригодны для измерения в цепях постоянного и переменного токов. Шкала у них неравномерная. Они боятся перегрузок током больше номинального значения, на который рассчитан прибор. На показания приборов влияют внешние магнитные поля, от которых защищаются экранами или специальной конструкцией измерительного механизма.

Счетчики электроэнергии

Индукционный счетчик электрической энергии. Схема устройства однофазного индукционного счетчика для измерения энергии переменного тока показана на рисунке 61. Он состоит из двух неподвижных электромагнитов 1 и 2, включаемых в сеть последовательно и параллельно.

Рис. 10. Схема устройства однофазного индукционного счетчика электрической энергии: 1 — последовательный электромагнит, 2 — параллельный электромагнит, 3 — алюминиевый диск, 4 — ось, 5 — подпятники, 6 — червячная передача к счетному механизму, 7 — постоянный магнит.

Подвижной частью является алюминиевый диск 3, расположенный между полюсами электромагнитов и укрепленный на вертикальной оси 4. Концы оси упираются в подпятники 5. Весь рабочий ток потребителя проходит через катушку электромагнита 1. Электромагнит 2 включается в цепь подобно включению вольтметра. Поэтому ток, проходящий по его обмотке, пропорционален напряжению цепи потребителя.

Электротехника в СССР времен И.В. Сталина