Электроизмерительные приборы

Амперметры. Амперметрами, называют приборы, служащие для измерения силы тока. При измерениях амперметр, включают в цепь последовательно, т.е. так, что весь измеряемый ток проходит через амперметр (рис. 9). Для измерения сильных токов, кроме амперметров, при­меняют вольтаметры. Вольтаметры применяются для изме­рения количества электричества q, протекающего в цепи за определенный промежуток времени t. Вычисляя q за единицу времени, определяют силу тока

(3)

Рис. 8.

Схема включения вольтметра: (А – амперметр; R - резистор; N и M – точки к которым подключают вольтметр; V – вольтметр)

Слабые токи измеряются обычно магнитоэлектрическими амперметрами, которые имеют конструктивные улучшения и благодаря этому приобретают высокую чувствительность. Такие приборы называются миллиамперметрами (токи до А) и микроамперметрами (токи до А).

Вольтметрами называют приборы, служащие для измерения напряжения (рис. 9). При изме­рениях вольтметр включают параллельно тому участку цепи, на концах которого хотят измерить разность потенциалов, т. е. вольтметр соединяют с теми точками М и N цепи, разность потенциалов которых нужно измерить (см. рис. 9). Для того чтобы включение вольтметра не изменяло заметно режима цепи, сопротивление вольтметра должно быть очень велико по сравнению с сопротивлением R участка цепи MN. Погрешность при изме­рениях напряжения тем меньше, чем больше сопротивление вольтметра. Для расширения пределов измерений амперметров и вольтметров применяются шунты и добавочные сопротивления, а в случае измерений на переменном токе – измерительные трансформаторы тока.

Трансформатором называется электромагнитный ап­парат, преобразующий переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения.

Трансформаторы широко применяют в системах передачи электрической энергии от электростанций к производственным предприятиям, городам и селам. Они поз­воляют значительно повысить напряжение до 500 - 800 кВ источников переменного тока, установленных на электрических станциях, и осуществить передачу электро­энергии на дальние расстояния. Благодаря этому сильно уменьшаются потери энергии в проводах и обеспечивается возможность значительного уменьшения сечения проводов линий электропередач. В местах потребления электроэнергии высокое напряжение высоковольтных линий электропередач понижается при помощи трансформаторов до сравнительно небольшой величины (127 - 220 - 380 В), при которой работают электрические потребители, установленные на фабриках, заводах и в жилых домах.

Трансформаторы, применяемые в системах передачи и распределения электрической энергии, называют сило­выми. Они бывают однофазными и трехфазными.

Кроме силовых трансформаторов, промышленностью выпускаются специальные типы трансформаторов: многообмоточные, применяемые в различной аппаратуре, измерительные, служащие для включения электроизмери­тельных приборов, лабораторные с регулированием вы­ходного напряжения, сварочные, для выпрямительных установок, для преобразования числа фаз и др.

Простейший трансформатор состоит из стального сер­дечника (магнитопровода) 3 и двух расположенных на нем обмоток 1 и 2 (рис. 10, а). Обмотки выполнены из изолированного провода и электрически не связаны ме­жду собой. На одну из обмоток 1 подается электриче­ская энергия от источника переменного тока или от электрической сети, эта обмотка называется первичной. К другой обмотке 2, называемой вторичной, подключают потребителя (непосредственно или через выпрямитель).

Рис. 9.

Схемы однофазного трансформатора:

(а — конструктивная: 1,2 – обмотки первичная и вторичная; 3 – стальной сердечник (магнитопровод); б – электрическая)

Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции. При подключении трансформа­тора к источнику (рис. 10, б) в витках его первичной обмотки протекает переменный ток, образуя переменный магнитный поток Ф. Этот поток проходит по магнитопроводу трансформатора и, пронизывая витки первичной и вторичной обмоток, индуктирует в них переменные э. д. с. и.

Измерительные трансформаторы служат для включения электроизмерительных приборов в цепи переменного тока и обеспечивают безопасность обслуживающего персонала при выполнении электрических измерений в цепях высокого напряжения. Включение электроизмерительных приборов в эти цепи без таких трансформаторов запрещается правилами техники безопасности. Кроме того, измерительные трансформаторы расширяют пределы измерения приборов, т. е. позво­ляют измерять большие токи и напряжения с помощью обычных приборов, рассчитанных для измерения малых токов и напряжения. Измерительные трансформаторы используют также для подключения к цепям высокого напряжения обмоток реле, обеспечивающих защиту электрооборудования от аварийных режимов.

Ампервольтомметр (авометр) – прибор, служащий для измерения: силы тока, напряжения, сопротивления.

Рис. 10.

Внешняя панель авометра

Внешний вид авометра приведен на рисунке 11. На лицевой стороне прибо­ра укреплен микроамперметр, имеющий три шкалы: верхняя служит для отсчета сопротивлений, средняя — для напряжения и силы переменного то­ка, нижняя — для силы тока и напряжения постоянного тока. Под шкалами нанесены три ряда цифр, обеспечивающие удобство отсчета по разным шкалам при разных пределах измерений силы тока и напряжения. На лицевой стороне имеется также панель с гнездами и две ручки: одна — для переключения вида работы, другая — для установки стрелки прибора на нуль при измерении сопротивления. Панель с гнездами разбита на три группы. Слева два ряда гнезд служат для измерения напряжений, справа — для силы тока, вни­зу — для сопротивления.

С тыльной стороны в корпусе имеется отделение, где устанав­ливаются гальванические элементы источника питания цепи аво­метра; его закрывают крышкой, которую закрепляют винтами.

Мультиметры серии М83 (830А, 830В, 830С, 830D, 831, 832, 833, 835, 837, 838) представляют собой портативный (70 × 126 × 24 мм, масса 170 г) электроизмерительный прибор с цифровым 3,5 разрядным жидкокристаллическим индикатором (дисплеем) с автономным питанием.

Рис. 11.

Мультиметры серии М-83

Выпрямитель селеновый ВС-24М (рис. 12) предназначен для получения регулируемого на­пряжения переменного тока от 0 до 30 В и постоянного (пульси­рующего) от 0 до 24 В, максимально допустимая сила тока

Рис. 12.

Выпрямитель селеновый ВС – 24М

10 А. Схема выпрямителя приведена на рисунке 12. На лицевой панели выпрямителя смонтированы: выключатель, сигнальная лампочка, регулятор напряжения, зажимы постоянного и переменного тока, вольтметр со шкалой на 50 В и амперметр со шкалой на 10 А для измерения напряжения и силы постоянного тока. Выпрямитель питается от сети переменного тока 220 или 127 В.

Выпрямитель ВС-4-12 (рис. 13) дает возможность получить постоянный ток до 3 А при напряжении от 4 до 12 В. На лицевой панели выпрямителя смонтированы: выключатель, сигнальная лампочка, переключатель напряжения (4, 6, 8, 10, 12 В) и зажимы. Выпрямитель работает от сети переменного тока 220 или 127 В.

Рис. 13.

Выпрямитель ВС –4-12

Выпрямитель универсальный ВУП-2 (рис. 14) предназначен для обеспечения питанием демонстрационных установок в опытах по электричеству.

Прибор позволяет получить на выходных зажимах: выпрямленное напряжение 350 В при максимальной силе тока 220 мА постоянное отфильтрованное напряжение 250 В при максимальной нагрузке 50 мА; регулируемое напряжение от 0 до 250 В постоянного тока до 50 мА; регулируемое напряжение от 0 до +100 В и от 0 до - 100 В постоянного тока до 10 мА; напряжение 6,3 В переменного тока до 3 А.

Рис. 14.

Выпрямитель универсальный ВУП – 2

На лицевой панели смонтированы: выключатель, сигнальная лампочка, ручки регулируемого напряжения, зажимы для всех выходных напряжений и октальная панель. Последняя служит для подключения питания к гене­ратору сантиметровых волн. ВУП-2 работает от сети переменного тока напряжением 220 или 127 В.

Источники переменного и импульсного тока называются генераторами. Бывают генераторы: постоянного тока и переменного тока, электростатические, звуковые.

Рис. 15.

Машинные электротехнические генераторы: (а — рамка в магнитном поле;

б — рамка с коллектором; в — то же, вид с торца; г — генератор постоянного тока; д — генератор переменного тока)

Чтобы провода не перекручивались, а также для выпрямления (коммутации) тока в генераторах постоянного тока применяется коллектор. Это медныe полукольца, к которым присоединены концы рамки. Полукольца скользят по неподвижным угольным щеткам, с которых и снимается напряжение во внешнюю цепь (рис. 15, б). Через каждые пол - оборота происходит переключение. В результате получается пульсирующий, но одного направления ток. Для уменьшения пульсации число рамок увеличивают, одновременно увеличивая число пар пластин в коллекторе (рис. 15, г). Отметим, что в реальном генераторе обмотки (рамки) не просто переключаются, а соединяются с помощью коллектора друг другом, образуя параллельные цепи, в каждой из которых обмотки соединены последовательно. Вращающаяся часть машины постоянного тока называется якорем. Вместо постоянного магнита чаще используют электромагнит, который питается от того же генератора самовозбуждение. Обмотку электромагнита в этом случае называют обмоткой возбуждения. Она может присоединяться параллельно якорю (и нагрузке) или последовательно (соответственно шунтовой и сериесный генераторы). Чаще делается две обмотки - одна параллельно, другая последовательно с нагрузкой (компаунд - генератор).

В генераторе переменного тока переключение и коллектор не нужны. Концы обмотки подводятся к двум изолированным кольцам, с которых напряжение снимается во внешнюю цепь прижимными щет­ками (рис. 15, д). В реальном промышленном генераторе строение обмоток ротора и форма полюсов электромагнита значительно сложнее. Кроме того, в промышленных генераторах, дающих большие токи, обычно меняют роли ротора и статора: в ротор подают через щетки постоянный ток, делая его вращающимся электромагнитом — индуктором, а в статоре наводится переменный ток, направляемый в сеть. При этом отпадает необходимость пропускать этот последний, очень большой ток через щетки, что очень ценно, так как иначе было бы большое искрение щеток. Через щетки же проходит значительно меньший постоянный ток возбуждения.

Электростатические генераторы используются только в учебных и редко в некоторых научных целях. Мощность этих генераторов невелика, но они способны давать очень высокие напряжения – до сотен киловольт и даже десятков мегавольт. К ним относятся такие приборы, как генератор Ван-де-Граафа и электрофорная машина. В этих приборах используется разделение небольших зарядов за счет трения или просто контактной разности потенциалов, увеличение этих зарядов за счет явления электростатической индукции.

Генератор звуковой предназначен для получения электрических колебаний звуковой частоты. На лицевую панель генератора выведены тумблер включения генератора в сеть, сигнальная лампочка, множитель «1», «10», «100», «1000», выходные зажимы. Если для эксперимента необходимы частоты 20 Гц, то множитель устанавливают в положение «1», если 200 Гц – в положение «10» и т.д.

Рис. 16.

Внешний вид генератора звукового ГЗ -118

Электронный осциллограф – прибор для визуального наблюдения и регистрации функциональной зависимости величин, выраженных в форме электрических напряжений или токов. Наиболее широко применяют осциллографы для исследования периодических процессов, а также для изучения вольт - амперных характеристик диода, триода, петли гистерезиса и др.

Рис. 17.

Внешний вид осциллографа ОСУ -16 А

Внешний вид осциллографа показан на рисунке 17. На лицевой панели смонтированы следующие ручки и кнопки: регу­лятор яркости свечения «Яркость» (для управления потоком электронов в пучке); регулятор фокусировки луча «Фокус», регулятор перемещения луча по вертикали «↕», регулятор пе­ремещения луча по горизонтали «↔», ручка усиления сигнала по оси У, ручка усиления сигнала по оси X, кнопка включения развертки луча по горизонтали «Разв», кнопки диапазонов частоты развертки «1 Гц», «100 Гц», «10 кГц», регулятор частоты развертки «Частота», гнездо входа на усилитель вертикального отклонения луча «У», гнездо входа на усилитель горизонтального отклонения луча «X», тумблер включения сети.