Elektrodynamické měřicí přístroje

Princip funkce elektrodynamických přístrojů je podobný přístrojům magnetoelektrickým. Elektrodynamický přístroj má také otočnou cívku s pružinami pro vyvozování direktivního momentu, které zároveň slouží jako přívod proudu do této cívky. Pohybový moment i u těchto přístrojů vzniká silami působícími v magnetickém poli na vodiče otočné cívky. Rozdíl mezi magnetoelektrickým a elektrodynamickým ústrojím je v tom, že otočná cívka se nenalézá v poli permanentního magnetu, ale v magnetickém poli vybuzeném pevnou cívkou. Pevná cívka je z důvodů homogenity magnetického pole v celé oblasti otočné cívky rozdělena na dvě poloviny.

pro větší náhled kliknout zde!

Skutečné provedení elektrodynamického měřicího přístroje.

pro větší náhled kliknout zde!

Podobně jako u magnetoelektrických přístrojů je i zde moment úměrný proudu otočnou cívkou

Mp = k'I2

Činitel k' byl u magnetoelektrických přístrojů konstatní, u elektrodynamických však konstantní není, protože velikost magnetické indukce pole se mění v závislosti na velikosti proudu pevnou cívkou. Pro pohybový moment bychom tedy mohli psát:

Mp ≈I1I2

kde :

I1 - proud pevnou cívkou,

I2 - proud otočnou cívkou.

Protože elektrodynamické přístroje pracují se slabým vlastním polem, používá se vzduchové tlumení měřicího ústrojí.

Měření proudu a napětí

Zapojení cívek elektrodynamického ampérmetru závisí na měřicím rozsahu přístroje. U miliampérmetrů pro proudy do cca 400mA může celý proud procházet přívodními pružinami k otočné cívce a proto se obě cívky (pevná i otočná) zapojují do série, takže jimi protéká týž proud.

Zapojení cívek elektrodynamického ampérmetru.

Velikost pohybového momentu je potom úměrná druhé mocnině proudu

Mp = kI2

U elektrodynamických ampérmetrů pro větší proudy (asi od 0,5A) nemůže již celý proud protékat pohyblivou cívkou, a proto se používá paralelního spojení cívek, kdy se do série s pevnou cívkou zařadí bočník Rb a do série s pohyblivou předřadník Rp, který omezí proud touto cívkou.

Zapojení cívek elektrodynamického ampérmetru určeného pro větší proudy.

Elektrodynamické ampérmetry mohou měřit stejnosměrné i střídavé periodicky proměnné proudy. Při měření stejnosměrného proudu nerozlišují polaritu a při měření střídavého proudu ukazují jeho efektivní hodnotu.

Elektrodynamické voltmetry mají pevnou i otočnou cívku zapojenou do série s předřadným rezistorem.

pro větší náhled kliknout zde!
Stupnice laboratorního elektrodynamického voltmetru

Elektrodynamické voltmetry a ampérmetry se dříve vyráběly jako přesné laboratorní přístroje třídy přesnosti 0,1 až 0,2 a používaly se pro přesná měření a ověřování jiných měřicích přístrojů s nižší třídou přesnosti. V současné době se již téměř nevyrábějí, protože jsou konstrukčně velmi náročné a drahé, proto se nahrazují feromagnetickými přístroji. Cena elektrodynamického voltmetru Metra Blansko s třídou přesnosti 0,1 se pohybovala před několika lety okolo 20 000 Kč včetně DPH.

Měření výkonu

Nejběžnější je použití elektrodynamických přístrojů jako wattmetrů. Pevná cívka, tzv. proudová, se zapojí do obvodu proudu (do série se spotřebičem) a otočná cívka, tzv. napěťová, se připojí paralelně ke spotřebiči (měří na něm napětí). Pevnou cívkou protéká proud i1 a otočnou i2, jehož velikost je dána podílem napětí na zátěži a součtem odporu předřadníku Rp a otočné (napěťové) cívky.

Pro pohybový moment platí:

Vidíme tedy, že výchylka elektrodynamického přístroje v tomto zapojení je úměrná střední hodnotě výkonu elektrického proudu.

Do obvodu je možné připojit wattmetr dvěma způsoby.

pro větší náhled kliknout zde!
 

pro větší náhled kliknout zde!

Vlastnosti:

▪ Elektrodynamické přístroje se dnes používají výhradně jako wattmetry, tedy pro měření výkonu stejnosměrného proudu činného a jalového výkonu střídavého proudu technických kmitočtů do max. 1000Hz.

▪ Laboratorní wattmetry mohou mít třídu přesnosti i 0,1 až 0,2, běžné přístroje mívají 0,5.

▪ Vlastní spotřeba je poměrně velká, spotřeba proudového obvodu bývá nejvýše několik VA, napěťový obvod má spotřebu až třikrát vyšší (do 10VA).

▪ Přetížitelnost proudových cívek je vysoká (krátkodobě snesou až 10 'N), napěťová cívka snese max. 120% jmenovité hodnoty rozsahu.

▪ Elektrodynamické přístroje pracují se slabým vlastním magnetickým polem - cizí, rušivá magnetická pole by mohla způsobit velké chyby. Proto se nosné části přístrojů vyrábějí z izolantů, aby nemohlo dojít k ovlivnění magnetického pole přístroje polem vířivých proudů, které by se do kovové konstrukce indukovaly. Vliv vnějších elektromagnetických polí se snižuje pečlivě provedeným stíněním nebo astatizováním (zřídka).

pro větší náhled kliknout zde!
Princip stínícího krytu elektrodynamického měřícího přístroje

Aby se dosáhlo dobrých stínících účinků a vliv vnějšího elektromagnetického pole byl omezen na minimum, je třeba použít jakostních magneticky měkkých materiálů.

Tip na literaturu o měření naleznete zde...