Материалы высокого сопротивления. Электроизмерительные приборы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Уфимский государственный нефтяной технический университет» (филиал ФГБОУ ВПО УГНТУ в г. Салавате)

Электротехническое и конструкционное материаловедение

Реферат

Материалы высокого сопротивления. Электроизмерительный приборы.

Исполнитель студент гр. БАЭ-13-21

Каримов М.Р.

Руководитель Конесев С. Г.

Салават 2014

Содержание

1. Материалы высокого сопротивления

1.1 Что такое электрическое сопротивление

1.2 Материалы высокого напряжения

2. Электроизмерительные приборы

2.1 Что такое электроизмерительные приборы

2.2 Применение

2.3 Классификация

2.4 Обозначения

2.5 История

2.6 Нормативно-техническая документация

1. Материалы высокого сопротивления

высокий сопротивление электрический напряжение

1.1 Что такое электрическое сопротивление?

Любые устройства, служащие для получения, передачи или потребления электроэнергии, обладают сопротивлением.

Электрическое сопротивление -- это способность элемента электрической цепи противодействовать в той или иной степени прохождению по нему электрического тока. Сопротивление, в общем случае, зависит от материала элемента, его размеров, температуры, частоты тока и измеряется в омах (Ом). Различают активное (омическое), реактивное и полное сопротивления. Они обозначаются, соответственно, r, х, z. Используются также прописные буквы R, X, Z, чаще всего для обозначения элементов на электрических схемах:

Активное сопротивление элемента -- это сопротивление постоянному току, (Ом),

,

где - удельное сопротивление материала, (Ом Ч м).

Природу активного или омического сопротивления, связанного с нагревом материала, по которому протекает ток, объясняют столкновением носителей заряда с узлами кристаллической решетки этого материала. Если электрическое сопротивление цепи или его элемента не зависит от величины проходящего тока, то такие цепи или элементы называют линейными. В противном случае говорят о нелинейных цепях.

Индуктивное сопротивление - это сопротивление элемента, связанное с созданием вокруг него переменного или изменяющегося магнитного поля. Оно зависит от конфигурации и размеров элемента, его магнитных свойств и частоты тока:

Индуктивность можно определить как меру магнитной инерции элемента в отношении электромагнитного поля. По смыслу индуктивность в электротехнике можно уподобить массе в механике. Например, чем больше индуктивность элемента, тем медленнее и тем большую энергию магнитного поля он запасает. Следует отметить, что индуктивным сопротивлением и, следовательно, индуктивностью обладают в разной мере все элементы электрической цепи переменного тока: обмотки электрических машин, провода, шины, кабели и т. д. В цепях постоянного тока индуктивное сопротивление проявляется лишь в переходных режимах.

Емкостное сопротивление -- это сопротивление элемента, связанное с созданием внутри и вокруг него электрического поля. Оно зависит от материала элемента, его размеров, конфигурации и частоты тока; измеряется в Омах (Ом). Электрическую емкость можно определить как меру инертности элемента электрической цепи по отношению к электромагнитному полю. Электрическое поле между обкладками конденсатора создается вследствие разделения зарядов. Разделение зарядов происходит благодаря токам смещения, протекающим в диэлектрике между обкладки конденсатора под воздействием внешнего напряжения. Ток смещения следует понимать как процесс переориентации электрических диполей диэлектрика вдоль электромагнитного поля. Как видно, определение для тока, предложенное Фарадеем, наиболее привлекательно для понимания сути токов смещения.

1.2 Материалы высокого сопротивления

Материалы высокого электрического сопротивления используются для поглощения электрической энергии и преобразования ее в тепло. Очевидно, что к таким материалам будут предъявляться следующие требования: высокое удельное сопротивление, механическая прочность, технологичность (способность к сварке, пайке, высокая пластичность). Высокая коррозионная стойкость, низкая стоимость, низкое значение термо - Э.Д.С. в паре с медью, малый температурный коэффициент сопротивления. Очевидно, что для того, чтобы материал имел высокое удельное сопротивление, он должен представлять собой твердый раствор одного металла в другом. Причем хотя бы один из компонентов сплава должен быть переходным металлом. Из теории сплавов известно, что неограниченное растворение одного металла в другом возможно при близости размеров ионов и одинаковом типе кристаллических решеток. Рассмотрим некоторые материалы высокого сопротивления.

Сплавы на основе меди.

Константан. Твердый раствор 40% никеля в меди, точнее 40%Ni, 1,5%Mn, остальное медь. Этот сплав маркируется как НММц 58,5-1,5. Наименование этого сплава подчеркивает неизменность его сопротивления при изменении температуры. Его удельное сопротивление остается постоянным, то есть температурный коэффициент сопротивления равен 0. У данного сплава довольно-таки высокое удельное сопротивление, он пластичен и прочен. При нагреве на его поверхности образуется окисная пленка, обладающая изоляционными свойствами. Оксидная изоляция позволяет плотно навивать константановую проволоку если напряжение между витками не превышает 1 В. Применение константана для изготовле-ния прецизионных резисторов ограничено высоким значением термо- Э.Д.С. в паре с медью.

Никель-хромовые сплавы.

Никелин. МНМц30-1,5 (68,5% Cu; 30%Ni; 1,5% Mn). Из-за меньшего содержания никеля сплав более дешев, однако его удельное сопротивление меньше чем у константана. Кроме того, температурный коэффициент удельного электросопро-тив¬ления сплава отличен от нуля. Главным образом этот сплав используют для изготовления пусковых и регулировоч-ных реостатов. Нихромы. Классическим никель-хромовым сплавом является сплав Х20Н80 (20%Cr, 80%Ni). При комнатной температу-ре в никеле растворяется 20% хрома. При этом хотя и сохраняется ГЦК решетка никеля, но она сильно искажается ионами хрома. Это обстоятельство в сочетании с тем, что и никель и хром являются переходными металлами приводит к высокому удель¬ному сопротивлению сплава. Поверхность нихрома покрыта химически стойкими окислами, которые затрудняют пайку нихрома и защищают его от окисления при высоких температурах. Для повышения механической прочности в нихром вводят титан, молибден, кремний.

Сплавы на основе благородных металлов.

В ряде случаев требуется высокая стойкость к окислению материала. В этом случае используют материалы высокого сопротивления на основе благородных металлов: серебра, платины, палладия. Типичным представителем таких материалов является серебряный манганин. Из проволок такого сплава изготавливают миниатюрные потенциометры и резисторы.

2. Электроизмерительные приборы

2.1 Что такое электроизмерительные приборы?

Электроизмерительные приборы -- класс устройств, применяемых для измерения различных электрических величин. В группу электроизмерительных приборов входят также кроме собственно измерительных приборов и другие средства измерений -- меры, преобразователи, комплексные установки.

Рис. Амперметр переменного тока

Рис. Вольтметр переменного тока

Рис. Омметр

Рис. Мультиметр (тестер)

2.2 Применение

Средства электрических измерений широко применяются в энергетике, связи, промышленности, на транспорте, в научных исследованиях, медицине, а также в быту -- для учёта потребляемой электроэнергии. Используя специальные датчики для преобразования неэлектрических величин в электрические, электроизмерительные приборы можно использовать для измерения самых разных физических величин, что ещё больше расширяет диапазон их применения.

2.3 Классификация

Наиболее существенным признаком для классификации электроизмерительной аппаратуры является измеряемая или воспроизводимая физическая величина, в соответствии с этим приборы подразделяются на ряд видов:

- амперметры -- для измерения силы электрического тока;

- вольтметры -- для измерения электрического напряжения;

- омметры -- для измерения электрического сопротивления;

- мультиметры (иначе тестеры, авометры) -- комбинированные приборы

- частотомеры -- для измерения частоты колебаний электрического тока;

- магазины сопротивлений -- для воспроизведения заданных сопротивлений;

- ваттметры и варметры -- для измерения мощности электрического тока;

- электрические счётчики -- для измерения потреблённой электроэнергии

- и множество других видов

Кроме этого существуют классификации по другим признакам:

- по назначению -- измерительные приборы, меры, измерительные преобразователи, измерительные установки и системы, вспомогательные устройства;

- по способу представления результатов измерений -- показывающие и регистрирующие ( в виде графика на бумаге или фотоплёнке, распечатки, либо в электронном виде);

- по методу измерения -- приборы непосредственной оценки и приборы сравнения;

- по способу применения и по конструкции -- щитовые (закрепляемые на щите или панели), переносные и стационарные;

- по принципу действия:

§ электромеханические:

· магнитоэлектрические;

· электромагнитные;

· электродинамические;

· электростатические;

· ферродинамические;

· индукционные;

· магнитодинамические;

§ электронные;

§ термоэлектрические;

§ электрохимические.

2.4 Обозначения

В зарубежных странах обозначения средств измерений устанавливаются предприятиями-изготовителями, в России (и частично в других странах СНГ) традиционно принята унифицированная система обозначений, основанная на принципах действия электроизмерительных приборов. В состав обозначения входит прописная русская буква, соответствующая принципу действия прибора, и число -- условный номер модели. Например: С197 -- киловольтметр электростатический. К обозначению могут добавляться буквы М (модернизированный), К (контактный) и другие, отмечающие конструктивные особенности или модификации приборов.

· В -- приборы вибрационного типа (язычковые)

· Д -- электродинамические приборы

· Е -- измерительные преобразователи

· И -- индукционные приборы

· К -- многоканальные и комплексные измерительные установки и системы

· Л -- логометры

· М -- магнитоэлектрические приборы

· Н -- самопишущие приборы

· П -- вспомогательные измерительные устройства

· Р -- меры, измерительные преобразователи, приборы для измерения параметров элементов электрических цепей

· С -- электростатические приборы

· Т -- термоэлектрические приборы

· У -- измерительные установки

· Ф -- электронные приборы

· Х -- нормальные элементы

· Ц -- приборы выпрямительного типа

· Ш -- измерительные преобразователи

· Щ -- ?

· Э -- электромагнитные приборы

2.5 История

В 1733--1737 гг французский учёный Ш. Дюфе создал электроскоп. В 1752--1754 гг его работы продолжили М. В. Ломоносов и Г. В. Рихман в процессе исследований атмосферного электричества. В середине восьмидесятых годов XVIII века Ш. Кулон изобрёл крутильные весы -- электростатический измерительный прибор.

В первой половине XIX века, когда уже были заложены основы электродинамики (законы Био -- Савара и Фарадея, принцип Ленца), построены гальванометры и некоторые другие приборы, изобретены основные методы электрических измерений -- баллистический (Э. Ленц, 1832 г.), мостовой (Кристи, 1833 г.), компенсационный (И. Поггендорф, 1841)

В середине XIX века отдельные ученые в разных странах создают меры электрических величин, принимаемые ими в качестве эталонов, производят измерения в единицах, воспроизводимых этими мерами, и даже проводят сличение мер в разных лабораториях. В России в 1848 г. академик Б. С. Якоби предложил в качестве эталона единицы сопротивления применять медную проволоку длиной 25 футов (7,61975 м) и весом 345 гран (22,4932 г), навитую спирально на цилиндр из изолирующего материала. Во Франции эталоном единицы сопротивления служила железная проволока диаметром в 4 мм и длиной в 1 км (единица Бреге). В Германии таким эталоном являлся столб ртути длиной 1 м и сечением 1 ммІ при 0°

Вторая половина XIX века была периодом роста новой отрасли знаний --электротехники. Создание генераторов электрической энергии и применение их для различных практических целей побудили крупнейших электротехников второй половины XIX в. заняться изобретением и разработкой различных электроизмерительных приборов, без которых стало немыслимо дальнейшее развитие теоретической и практической электротехники.

- В 1871 году А. Г. Столетов впервые применил баллистический метод для магнитных измерений и исследовал зависимость магнитной восприимчивости ферромагнетиков от напряженности магнитного поля, создав этим основы правильного подхода к расчету магнитных цепей. Этот метод используется в магнитных измерениях и в настоящее время

- В 1880--1881 гг. французские инженер Депре и физиолог д'Арсонваль построили ряд высокочувствительных гальванометров с зеркальным отсчетом

- В 1881 г. немецкий инженер Ф. Уппенборн изобрел электромагнитный прибор с эллиптическим сердечником, а в 1886 г. он же предложил электромагнитный прибор с круглой катушкой и двумя цилиндрическими сердечниками

- В 1894 г. немецкий инженер Т. Бругер изобрел логометр

В развитии электроизмерительной техники конца второй половины XIX и начала XX ст. значительные заслуги принадлежат М. О. Доливо-Добровольскому. Он разработал электромагнитные амперметры и вольтметры, индукционные приборы с вращающимся магнитным полем (ваттметр, фазометр) и ферродинамический ваттметр

2.6 Нормативно-техническая документация

· ГОСТ 22261--94 «Средства измерений электрических и магнитных величин. Общие технические условия»

· ГОСТ 30012.1--2002 (МЭК 60051-1--97) «Приборы аналоговые показывающие электроизмерительные прямого действия и вспомогательные части к ним. Часть 1. Определения и основные требования, общие для всех частей»

· ГОСТ 9999--94 (МЭК 258--68) «Электроизмерительные самопишущие приборы прямого действия и вспомогательные части к ним»

· ГОСТ 13607--68 «Приборы и преобразователи электроизмерительные цифровые. Основные термины и определения»

· ГОСТ 14265--79 «Приборы электроизмерительные аналоговые контактные прямого действия. Общие технические условия»

· ГОСТ 19875--79 «Приборы электроизмерительные самопишущие быстродействующие. Общие технические условия»

· ГОСТ 23217--78 (МЭК 51) «Приборы электроизмерительные аналоговые с непосредственным отсчетом. Наносимые условные обозначения»

Размещено на Allbest.ru