přednáška 03

Elektrická měření IEMRE - 3

Měřicí přístroje elektrodynamické, elektromagnetické,

indukční a elektrostatické

V textu jsou popsány principy elektrodynamických, elektromagnetických, indukčních

a kapacitních měřicích přístrojů, jejich vlastnosti, možnosti použití, změny rozsahů

Měřicí systém elektrodynamický

Zn.

Fyzikální princip elektrodynamického měřicího systému je velmi podobný principu systému magnetoelektrického. V obou případech je využito silového působení magnetického pole na vodič, kterým protéká elektrický proud. Odlišnost je však v tom, že zatímco u systému magnetoelektrického je magnetické pole vyvoláno trvalým magnetem, u systému elektrodynamického je zdrojem magnetického pole cívka.

Cívka se závity v počtu (N1+N2) je pevná, nepohyblivá, rozdělená na dvě části, navinutá ze silného vodiče. Většinou N1= N2. V prostoru mezi oběma jejími sekcemi je přibližně homogenní magnetické pole.

Фc= L1.I1 =(N1+N2)2.I1/RM фc ..… magnetický tok cívkou (1)

RM …. magnetický odpor

L1 ….. indukčnost pevné cívky

Pro magnetický tok ф v prostoru mezi sekcemi platí

Ф=фc/(N1+N2)=B.S B …. magnetická indukce (2)

S …. plocha závitu

Je tedy zřejmé, že magnetická indukce B je přímo úměrná proudu I1 .

B ≈ I1 (2a)

Druhá cívka, která je umístěna v magnetickém poli pevné cívky, je otočná, navinutá [N3 závitů, N3 ›››(N1+N2)] z podstatně tenčího vodiče. Pro silové působení magnetického pole pevné cívky na cívku otočnou platí

MP = 2.B.I2.l.N3.r ≈ I1.I2 , (3)

tj. je přímo úměrné součinu proudů oběma cívkami.

MP … pohybový moment dvojice sil

l …. činná délka závitu otočné cívky s poloměrem r

Protože magnetické pole dokonale homogenní není, je třeba uvažovat v obecném případě závislost momentu na poloze (výchylce) otočné cívky, takže

MP = f(β).I1.I2 , β …. výchylka otočné cívky (3a)

Doposud jsme uvažovali stejnosměrné veličiny. Pokud jsou proudy cívkami střídavé, s periodou T, pak vztah (3a) platí pro okamžitou hodnotu momentu

mP(t) = f(β).i1(t).i2(t) . (3b)

Měřicí systém reaguje na střední hodnotu tohoto momentu, neboť okamžitou hodnotu většinou nestačí sledovat.

(4)

Pokud pevnou cívkou protéká stejný proud jako zátěží Z (proto ji nazýváme cívkou proudovou) a pohyblivá cívka je připojena (přes sériový odpor RNC na napětí shodné s napětím zátěže (proto hovoříme o cívce napěťové), pak platí

, (4a)

P …… činný výkon

RNC …. impedance obvodu napěťové cívky

.. napětí na obvodu nap. cívky

(= napětí na zátěži)

takže pohybový moment je úměrný činnému výkonu.

Pro harmonické signály se v závislosti na frekvenci uplatní i indukčnost napěťové cívky, takže

. (5)

V důsledku (5) dochází k fáz. posunu proudu i2. Při měření signálů nízkých frekvencí lze impedanci nap. cívky vesměs zanedbat (RNC >> ωL2).