Электрлік өлшеулер

Шарғылармен тоқ жүргенде пайда болатын магнит өрісінің энергиясы 

 

,                                                                  (12)

 

мұндағы L₁, L₂–қозғалмайтын және қозғалмалы шарғылардың индук-тивтілігі; І₁, І₂–қозғалмайтын және қозғалмалы шарғылардың тоғы; М₁₂–шарғылардың өзара индуктивтілігі.

 

 

1- қозғалмайтын шарғы; 2 - ось; 3 - қозғалмалы  шарғы; 4 - серіппе; 5 - ұяшық; 6 - аспаптың  тілі; 7 - шкала.

7.7-сурет

 

Қозғалмайтын және қозғалмалы шарғылардың магнит өрістерінің  әсерлесуінің нәтижесінде қозғалмалы шарғыға түсірілетін айналды-ушы момент магнит өрісі энергиясының шарғының бұрылу бұрышына байланысты өзгерісімен анықталады, яғни

 

,                                               (13)

 

шарғылардың тоғы мен индуктивтілігі олардың кеңістіктегі орнынан тәуелсіз болатындықтан, айналдырушы моменті:

 

.                                                                                     (14)

 

Айналдырушы моментті серіппелердің  қарсы әрекет моменті (5) теңестіріп тұратындықтан, бұрылу бұрышы

 

,                                                                         (15)

 

мұндағы аспаптың сезгіштігі деп аталатын тұрақты шама

 

.                                                                                          (16)

 

Егер шарғылармен  және синусоидалы тоқтары жүрсе, онда айналдырушы моменттің орташа мәні

 

,    (17)

 

мұндағы айналдырушы моменттің  лездік мәні

 

,                                                                                    (18)

 

ал  - шарғы тоқтарының фазалық ығысуы.

Айналдырушы момент пен серіппелердің  қарсы моментін (5) теңестірсе, қозғалмалы шарғының (аспаптың тілінің) бұрылу бұрышы

 

,                                                        (20)

 

мұндағы тұрақты шама

 

.

 

Егер (5) немесе (20) өрнектеріндегі тоқтардың біреуінің орнына оның кернеуі мен кедергісі арқылы анықталған мәнін қойса, онда

 

,

 

жалпы алғанда

 

.                                                                                (21)

 

(19), (20) және (21) өрнектері электр динамикалық аспаптармен тұрақты және айнымалы тоқтың кернеуін, күшін және куатын өлшеуге болатынын көрсетеді. Осы себепті әдетте электр динамикалық аспаптар вольтметр, амперметр және ваттметр ретінде қолданылады.

Егер қозғалмайтын ферромагнитті  өзегі болса, онда элек-тродинамикалық аспапты ферродинамикалық аспап  деп атайды. Ферромагнитті өзек айналдырушы  моменті жоғарылатуға және сыртқы магнит өрісінің әсерінен жоюға мүмкіндік береді.

7.5 Электр статикалық жүйедегі аспаптар

Электр статикалық жүйедегі аспаптарға өлшеу механизмі көрсеткіш жебемен  бірге оське бекітілген қозғалмалы бір алюминий пластинадан А және параллель орналасқан қозғалмайтын екі металл пластинадан Б тұратын электр өлшеуіш аспаптар жатады (7.8 сурет). Аспап тұрақты кернеу көзіне қосылған делік. Онда оның С сыйымдылығы болатын конденсаторды құрайтын пластиналары қарсы таңбалы зарядтармен зарядталады және бұл кезде қозғалмалы пластина қоззғалмайтын пластиналардың арасындағы кеңістікке тартылады. Қозғалмалы пластинаның бұрылу уақытында сыйымдылық өзгереді, сондықтан  энергия да ең үлкен шамасына ұмтыла отырып,  өзгереді. Сондықтан айналдырушы момент:

 

                                                           

 

Қарсы әрекеттік момент спираль  серіппе арқылы туындайды:

 

                                                                                     

 

 

А – қозғалмалы пластиналар; Б – қозғалмайтын пластиналар; М – магнит индукциялы тыныштандырғыш

 

7.8-сурет

 

Жебенің бұрылуы қалыптасқан кезде  ,  немесе  . Осыдан    табылады. Бұл өрнекте сыйымдылықты тұрақты шамасы деп есептесек, онда аспаптың бұрылу бұрышын былай жазуға болады:

 

                                                                                                                                                                

 

мұндағы - тұрақты тоқ тізбегіндегі кернеу немесе айнымалы тоқ тізбегіндегі әрекеттік кернеу.

Бұл өрнектен электр статикалық аспаптың  шкаласы квадраттық шкала екенін көреміз. Алайда аспапты құрастыру кезінде өзгеру заңдылығын аспаптың шкаласы біркелкі болатындай етіп таңдайды.

Электр статикалық вольтметрдің тыныштандырғышы  магнит индукциялы болады. Электр статикалық вольтметрлерді көбінесе үлкен кернеулерді  өлшеу үшін қолданады. Қалқандық вольтметрлерді 1000 В-тен 15000 В-ке дейінгі өлшеу шектіктері үшін дайындайды. Дәлдік кластары 1-1,5.

Электр статикалық аспаптардың  ерекшеліктеріне: жоғары кернеулерді  тікелей өлшеу мүмкіндігі;  тұрақты  және айнымалы кернеуді өлшеуге жарамдылығы; айнымалы тоқ тізбегінде энергияны аз тұтынатындығы, ал тұрақты тоқ тізбегінде энергияны тіптен тұтынбайтындығы; көрсетуінің сыртқы магнит өрісінен, температурадан және айнымалы тоқтың жиілігінен  тәуелсіздігі жатады.

Кемшіліктеріне: көрсетуінің сыртқы электр өрісінен тәуелділігі және шкаласының бірқалыпты еместігі жатады.

7.6 Индукциялық жүйедегі аспаптар

Электр энергиясы санағыштарының әсер ету принципі, құрылысы.

Айнымалы тоқ  электр энергиясы  электр санағышымен өлшенеді.

Электр энергиясы  келесі өрнекпен анықталатыны бізге белгілі: 

 

,                                                                                        

 

мұндағы   P - жүктеме тұтынатын қуат.

Сондықтан интегралдаушы  аспаптарға жатады. Стандарт (МСТ) бойынша интегралдаушы аспаптар тобының схемасында өзіндік графикалық белгісі болады:

 

 

 

 

 

Индукциялық санағыштың құрылымдық схемасы 7.9-суретте көрсетілген.

Санағыш оське 2 бекітілген алюминий дискіден 1, тізбектей және параллель деп аталатын  А және Б екі электр магниттен, тұрақты магниттен 3, есептегіш механизмінен 4 тұрады.

 

 

7.9-сурет

 

Санағышта тоқ  тізбегі және кернеу тізбегі болып, ваттметрдің қосылу схемасына сәйкес келеді.

Тұтынушының тоғы I, А электр магнит орамынан өте отырып,  I тоғына  пропорционал Ф_I магнит ағынын қоздырады. В параллель электр магнит орамындағы тоқ тораптағы кернеуге U пропорционал Ф_U магнит ағынын қоздырады. Ф_U  ағыны өзекшенің ортаңғы стерженінің төменгі бөлігінде Ф_қ қосымша ағынына (өзекшенің бүйіріндегі стерженьдердің екі жағынан жүріп өтеді)  және Ф_ж жұмысшы ағынына (дискіден ағып өтеді де) П болат пластинасы арқылы тұйықталады. Осындай үш ағын дискінің айналдырушы моментін туындатуға қатысады. Дискіден магнит ағындары өткен кезде, дискіде құйынды тоқ туындап, онда электр индукциясы пайда болады. Құйынды тоқтың бағыты бұрғылау ережесімен анықталады. Құйынды тоқтар осы ағындардың магнит өрісімен өзара әсерлесіп, осының нәтижесінде механикалық күш пайда болып, дискіні айналуға мәжбүр етеді. Бұл жағдайда айналдыру моменті тұтынатын активті қуатқа пропорционал болады:

 

.    

 

Тұрақты тежегіш  магнит өрісіндегі дискі  айналғанда, онда құйынды тоқтар индукциясы пайда  болады. Олардың өзара әсерлесуі  сол магнит өрісімен тежеу моментін тудырады да санағыштың дискісінің айналу жылдамдығына  n пропорционал болады, яғни:

,                                                                                       

 

мұндағы   k₁, k_T  - пропорционалдық коэффициенттері.

Тұрақты жүктемеге санағыштың тоқ тізбегі және кернеу тізбегі болып, ваттметрдің қосылу схемасына сәйкес келеді.

Тұтынушының тоғы I, А электр магнит орамынан өте отырып,  I тоғына  пропорционал Ф_I магнит ағынын қоздырады. В параллель электр магнит орамындағы тоқ тораптағы кернеуге U пропорционал Ф_U магнит ағынын қоздырады. Ф_U  ағыны өзекшенің ортаңғы стерженінің төменгі бөлігінде Ф_қ қосымша ағынына (өзекшенің бүйіріндегі стержендердің екі жағынан жүріп өтеді)  және Ф_ж жұмысшы ағынына (дискіден ағып өтеді де) П болат пластинасы арқылы тұйықталады. Осындай үш ағын дискінің айналдырушы моментін туындатуға қатысады. Дискіден магнит ағындары өткен кезде, дискіде құйынды тоқ туындап, онда электр индукциясы пайда болады. Құйынды тоқтың бағыты бұрғылау ережесімен анықталады. Құйынды тоқтар осы ағындардың магнит өрісімен өзара әсерлесіп, осының нәтижесінде механикалық күш пайда болып, дискіні айналуға мәжбүр етеді. Бұл жағдайда айналдыру моменті тұтынатын активті қуатқа пропорционал болады:

 

.    

 

тұрақты айналу жылдамдығы сәйкес келеді, өйткені  мұндай жағдайда айналдырушы моменті  мен тежегіш момент теңдеседі:

 

                                                                                         

 

осыған байланысты:

 

,                                                                                      

 

осы формуладан:

 

,                                                                                 

 

демек, санағыштың тоқ тізбегі және кернеу тізбегі болып, ваттметрдің қосылу схемасына сәйкес келеді.

Тұтынушының тоғы I, А электр магнит орамынан өте отырып,  I тоғына  пропорционал Ф_I магнит ағынын қоздырады. В параллель электр магнит орамындағы тоқ тораптағы кернеуге U пропорционал Ф_U магнит ағынын қоздырады. Ф_U  ағыны өзекшенің ортаңғы стерженінің төменгі бөлігінде Ф_қ қосымша ағынына (өзекшенің бүйіріндегі стержендердің екі жағынан жүріп өтеді)  және Ф_ж жұмысшы ағынына (дискіден ағып өтеді де) П болат пластинасы арқылы тұйықталады. Осындай үш ағын дискінің айналдырушы моментін туындатуға қатысады. Дискіден магнит ағындары өткен кезде, дискіде құйынды тоқ туындап, онда электр индукциясы пайда болады. Құйынды тоқтың бағыты бұрғылау ережесімен анықталады. Құйынды тоқтар осы ағындардың магнит өрісімен өзара әсерлесіп, осының нәтижесінде механикалық күш пайда болып, дискіні айналуға мәжбүр етеді. Бұл жағдайда айналдыру моменті тұтынатын активті қуатқа пропорционал болады:

 

,    

 

 айналу жылдамдығы тұтынылған қуатқа пропорционал болады.

Тұтынылатын P қуатқа t уақыт ішінде кеткен энергия:

 

.                                                                  

 

Сөйтіп, шығындалған энергия  санағыштың дискісінің N айналу мөлшеріне пропорционал, N - санағыштың дискісінің t уақыт ішіндегі айналу мөлшері.

 коэффициенті санағыштың көрсететін мөлшері деп аталып, сан мәнінде тораптағы шығындалған энергияның бір уақыт ішіндегі санағыш дискісінің бір рет айналуына тең.

Шығындалған  энергия  санағыш механизмімен тіркеледі.

Қандай да  бір уақыт  ішінде  шығындалған  энергияны  анықтау үшін, өлшегеннен кейін  алғашқы көрсетуін санағыштың соңғы көрсетуінен алып тастау керек.

Көрсету саны санағыштың қалқанында (щитінде) көрсетіледі. Мысалы: 1 кВт.сағ.-2500 диск айналымы.

Көрсету санына (мөлшеріне) қарама-қарсы шама санағыштың номинал тұрақтылығы деп аталады. Ол санағыш дискісінің бір айналымында есептелген энергияның санын көрсетеді:

 

.                                                                                          

 

Көрсетілген мысал  үшін:

 

.

 

Санағыштың қалқанында (щитінде) көрсету санынан басқа номинал кернеуі мен тоғы, дәлдік класы көрсетіледі. МСТ-6570-60-қа сәйкес активті энергия санағыштарның 1,0; 2,0; 2,5 дәлдік кластарына бөлінеді.

Үйкелістің  әсері мен тоқ пен ағынның  арасында қатаң сызықтық тәуелділіктің  болмауы санағышта қателікті болдырады. Сондықтан номинал тұрақтысы нақты тұрақтысынан айырмашылығы болады.

Санағыштың нақты тұрақтысы:

 

,                                                                                          

 

мұндағы   P - есептегіш қосылған тораптың қуаты.

Санағыштың салыстырмалы қателігі келесі формуламен анықталады:

 

,

 

мұндағы  W_н – санағыштың көмегімен өлшенген энергия; W_нақ - тізбектегі шығындалған энергия.

Барлық өлшеу  аспаптары сияқты санағыш та  белгілі бір уақыт ішінде тексеруден өткізіліп тұрады. Тексеру кезінде техникалық талаптарға сай әр түрлі жүктемелерде   5, 10, 25, 100 және 100 %  тоқтың санағыштың шкаласында көрсетілген номинал мәнінен салыстырмалы қателігін табу керек. Салыстырмалы қателіктің жүктемеден тәуелділігін көрсететін индукциялық санағыштың жүктемелік сипаттамасы деп аталады:

 

.

 

Аз жүктемелер болған кезде (номинал жүктемеден 10%) санағыштың жұмысына есептеу механизміндегі тіректің үйкелісі, дискінің ауамен үйкелісі әсер ететіндіктен қателіктің ұлғаюына әкеліп соғады. Сондықтан санағыштарда үйкелісті жойып отыратын компенсатор құрылғысын қарастырады.  Жұмысшы ағынының жолына Ф_ж  үйкеліс моментін жою үшін мыс қалақшаны (экран) ор-наластырады. Осының салдарынан жұмысшы ағыны Ф_ж фаза бойынша сәйкес келмейтін (олардың жолындағы әр түрлі магниттік кедергілердің салдарынан) екі тең емес бөлікке айырылып, үйкеліс моментін жоятын қосымша айналдырушы моментін тудырады. 

Үйкеліс компенсаторы дұрыс қойылмаған жағдайда немесе тораптағы  кернеу көбейіп кеткенде жойылым (компенсационный)  моменті үйкеліс моментінен көп болуы мүмкін, бұл жағдайда тұтынатын энергия болмаса да санағыштың дискісі айналып тұрады.  Бұл құбылыс санағыштың өздігінен айналуы деп аталады. Өздігінен айналуды тоқтату үшін өзекшеде электр магнитке Б болат қалақша - тежегіш жалауша, ал ес санағыштың осінде болат ілгіш бекітілген. Тежегіш жалауша параллель электр магнитпен магниттеледі. Ось айналғанда ілгіш тежегіш жалаушаға жақындайды да магниттеліп, оған тартылады. Қосымша тежегіш моменті туындайды және жүктеме болмаған кезде санағыштың жылжымалы бөліктері тоқтайды.

Өздігінен қозғалатын бөлшекті және үйкеліс компенсаторын  дұрыстап реттеудің мәні өте зор, өйткені санағыштың азғантай жүктемелерде айналуы мүмкін. Болмашы аз  тоқтың өзінде санағыштың дискісінің тоқтамай айналуы, санағыштың сезгіштігі деп аталады.