MIERNIK MAGNETOELEKTRYCZNY
W mierniku magnetoelektrycznym cewka o wymiarach a,b o z zwojach umieszczona jest w polu magnetycznym magnesu trwałego o indukcji B.
Przez cewkę płynie prąd I. Przepływ tego prądu powoduje powstanie sił działających na boki cewki b: Siły działające na cewkę tworzą parę sił, której moment wynosi:
MIERNIK PROSTOWNIKOWY - jednopołówkowy Mierniki prostownikowe to mierniki magnetoelektry-czny z dołączonym prostownikiem jednopołówkowym.
MIERNIK PROSTOWNIKOWY - dwupołówkowy Mierniki prostownikowe to mierniki magnetoelektry-czny z dołączonym prostownikiem dwupołówkowym
R Miernik termoelektryczny stanowi połączenie miernika magnetoelektrycznego z przetwornikiem termoelektry-cznym, składającym się z termoelementu i grzejnika. Grzejnik o rezystancji R mierzonym prądem nagrzewa spoinę termoelementu, różnica temperatur powoduje powstanie siły termoelektrycznej, która jest następnie mierzona.
|
MIENRIKI ELEKTROMAGNETYCZNE W przetwornikach elektromagnetycznych moment napędowy powstaje w wyniku wzajemnego przyciągania się lub odpychania rdzeni wykonanych z miękkiego materiału ferromagnetycznego pod wpływem pola magnetycznego wytwarzanego przez cewkę, przez którą płynie mierzony prąd.
Prąd stały Energia pola magnetycznego cewki określona jest wyrażeniem:
gdzie I jest prądem płynącym przez cewkę obrót organu ruchomego o dα powoduje zmianę indukcyjności cewki o dL i przyrost energii zgromadzonej przez cewkę o dA
Praca wykonana przy obrocie cewki o kąt dα jest równa iloczynowi momentu skręcającego i kąta dα (z fizyki wiadomo że wykonanie pracy równe jest zmianie energii)
Jak widać moment skręcający jest wprost proporcjonalny do kwadratu prądu płynącego przez ustrój. Jak widać wraz ze zmiana kąta o dα następuje zmiana indukcyjności własnej o dL w wyniku wciągnięcia lub wypchnięcia z cewki blaszki wykonanej z materiału magnetycznego.
Prąd zmienny W poprzednim podpunkcie zostało wyprowadzenie wyrażenie na moment skręcający przy prądzie stały. Analogiczne wyrażenie jesteśmy w stanie zapisać dla wartości chwilowych momentu i prądu sinusoidalnie zmiennego płynącego przez ustrój
Jednak ze względu na bezwładność ustroju należy rozważać średni moment skręcający jaki będzie działał na ustrój. Wielkość tę możemy oznaczyć jako:
gdzie: A wiec średni moment skręcający jest wprost proporcjonalny do kwadratu wartości skutecznej prądu, tak więc miernik wyskalowany prądem stałym powinien wskazywać przy prądzie zmiennym sinusoidalnym wartość skuteczną tego prądu, lecz nie zawsze tak jest ze względu na szerokość pętli histerezy materiałów z których ustrój pomiarowy został wykonany. MIERNIKI ELEKTRODYNAMICZNE Działanie miernika elektrodynamiczznego jest oparte na wykorzystaniu sił występujących między przewodami, przez które płyną prądy. W polu magnetycznym wytworzonym przez prąd płynący przez cewkę nieruchomą umieszczona jest cewka ruchoma. Prąd do cewki ruchomej jest doprowadzany za pomocą spiralnych sprężyn, które wytwarzają jednocześnie moment zwrotny. Na osi obrotu cewki ruchomej umocowana jest wskazówka oraz tłumik i korektor zera. Między blokami cewek występują siły wytwarzające moment napędowy, który powoduje obrócenie cewki ruchomej w takim kierunku, aby strumienie magnetyczne obu cewek dodawały się. Moment napędowy jest proporcjonalny do przyrostu energii magnetycznej miernika przy obrocie organu ruchomego o kąt dα. Enrgię można wyrazić za pomocą zależności:
Gdzie L1 - indukcyjność własna cewki nieruchomej, L2 - indukcyjność własna cewki ruchomej, M12 - indukcyjność wzajena obu cewek, I1 - prąd w cewce nieruconej, I2 - prąd w cewce ruchomej. Zakładając, że prądy w cewkach są wymuszone i nie zmieniają się w czasie potrzebnym do obrotu cewki ruchomej o kąt dα, można obliczć wartość momentu napędowego:
.
|
WOLTOMIERZ impulsowo czasowy
Napięcie mierzone Ux jest podawane na komparator. W komparatorze napięcie Ux jest porównywane z napięciem wzorcowym UN, liniowo narastającym, z generatora napięcia wzorcowego. Początek narastania tego napięcia jest wyznaczany impulsem start (z układu sterowania). Impuls “start” powoduje wyzerowanie licznika impulsów oraz otwiera bramkę elektroniczną, dzięki czemu impulsy o częstotliwości fN z generatora impulsów wzorcowych są podawane na licznik , gdzie są zliczane. Zzliczanie impulsów trwa do momentu zrównania napięcia piłokształtnego UN z mierzonym Ux, wtedy na wyjściu komparatora pojawia się impuls “stop” zamykający bramkę. Stan licznika jest wyświetlany w postaci cyfrowej w urządzeniu odczytowym. WOLTOMIERZ z podwójnym całkowaniem
badanego Ux. W chwili t1 (po czasie T1) na wyjściu integratora panuje napięcie U1
gdzie RC jest stała integratora.
|
WOLTOMIERZ kompensacyjny
Woltomierze cyfrowe napięć stałych o przetwarzaniu kompensacyjnym należą do najdokładniejszych. Zasada ich pracy polega na porównywaniu napięcia mierzonego Ux ze skokowo zmieniającym się napięciem wzorcowym UN. Ze względu na algorytm zmian napięcia wzorcowego, woltomierze kompensacyjne dzieli się na woltomierze z kompensacją równomierną i na woltomierze z kompencacją wagową. W woltomierzach z kompensacją równomierną napięcie wzorcowe ma przebieg schodkowy, przy czym zmiana napięcia odbywa się równomiernymi przyrosami ΔUN. W woltomierzach z kompensacją wagową proces porównywania przypomina ważenie wedłu określonego programu. Obwód wejściowy zawiera filtr dolnoprzepustowy, eliminujący zakłócenia zmienne. Dyskretny dzielnik napięcia to szereg oporników wzorcowych o odpowiednich wartościach zasilanych ze źródła napięcia wzorcowego. Detektor różnicowy reaguje na różnicę napięć na jego wejściach. Układ sterujący wytwarza impulsy taktowe, które powodują kolejne podawanie napięć wzorcowych odpowiadających poszczególnym wagom 23, 22, 21, 20. GALWANOMETR statyczny Galwanometr statyczny jest to przyrząd o ustroju magnetoelektrycznym o bardzo dużej czułości, przeznaczony do wykrywania i pomiaru małych prądów (rzędu 10-8 A) i napięć stałych (10-6 V). Różnice konstrukcyjne między miernikami magnetoelektrycznymi a galwanometrami wynikają z tego, że w konstrukcji galwanometru położono szczególny nacisk na uzyskanie dużej czułości (czułość „S” : stosunek odchylenia do prądu) rezygnując z dokładności przetwarzania. Zwiększenie czułości uzyskuje się przez zwiększenie momentu napędowego, ale przede wszystkim przez zmniejszenie momentu zwrotnego. W tym celu sprężyny zwrotne zastąpiono taśmami z brązu berylowego, a tradycyjną wskazówkę - wskazówką świetlną, która umożliwia pomiar małego kąta wychylenia: układ optyczny może być wewnętrzny lub zewnętrzny. Zewnętrzny jest lepszy ze względu na dłuższą drogę optyczną.
V- prędkość poruszania się cewki A więc siła elektromotoryczna indukowana w poruszającej się cewce wynosi:
Wprowadzając pojęcie strumienia skojarzonego Φ0=B*ab*z
Jednocześnie ponieważ obwód pomiarowy jest zamknięty to pod wpływem siły elektromotorycznej popłynie prąd i możemy zapisać równanie:
gdzie L - indukcyjność cewki galwanometru
Jednocześnie należy zauważyć że
Kierunek prądu i jest taki że współdziałając z polem magnetycznym magnesu trwałego wytwarza moment hamujący:
|
|
|