Принцип действия, основы теории электромеханических измерительных приборов

Аналоговые измерительные приборы прямого преобразования

Измерительные усилители

Измерительные усилители служат для усиления измеряемых электрических сигналов, а следовательно для повышения чувствительности средств измерений. Их применение в то же время позволяет уменьшить потребление энергии от исследуемого объекта. Их применяют для согласования сопрягаемых средств измерения (например для подключения низкоомной нагрузки к высокоомному источнику сигнала).

При построение усилительных устройств используют полупроводниковые элементы, лампы (для получения большего входного сопротивления и незначительной ёмкости в первом каскаде ставят лампы).

Основной статистической характеристикой измерительных усилителей является номинальный коэффициент усиления, или номинальный коэффициент передачи (при физически разнородных входных и выходных величинах).

В зависимости от частот усиливаемых сигналов ИУ разделяются на усилители переменного и усилители постоянного тока.

Современные ИУ строят используя, в основном операционные усилители, обладающие. высоким коэффициентом усиления (десятки и сотые тысяч) большим входным и незначительным выходным сопротивления, малым значением входного тока.

Электромеханические преобразователи. В этих преобразователях электрическая энергия преобразуется в механическую энергиюперемещения подвижной части относительно неподвижной.

Рассмотрим электромеханические преобразователи, на основе которых строятся электромеханические измерительные приборы, и которые получили название « измерительные механизмы».

В измерительных механизмах обычно имеет место угловое перемещение подвижной части, то при анализе их работы рассматривают моменты, действующие на подвижную часть.

Поворот подвижной части измерительного механизма осуществляется под действием момента, зависящего от входной электрической величины и называемого вращающим. Этот момент должен однозначно определяться измеряемой величиной и может также зависеть от угла поворота подвижной части , т.е. вращающий момент .

При повороте подвижной части на угол изменение механической энергии равно изменению энергии электромагнитного поля в измерительном механизме, т.е. . При угловом перемещении подвижной части изменение механической энергии . Отсюда

,

где - энергия электромагнитного поля измерительного механизма.

Чтобы подвижная часть не доходила всегда до упора при любом значении измеряемой величины , а поворачивалась бы на угол, однозначно зависящий от измеряемой величины, на подвижную часть должен действовать момент, направленный на встречу вращающему и зависящий от угла поворота подвижной части. Этот момент, называемый противодействующим,

.

При котором угле поворота наступает равенство и , т.е.

или

.

Последнее сравнения можно решить относительно d. Функция преобразования (статистическая характеристика преобразования основное уравнение) измерительного механизма может быть записана в таком виде:

где параметр механизма .

Находят применение шесть типов измерительных механизмов, отличающихся способом создания вращающего момента, а именно: магнитоэлектрический, электромагнитный, электродинамический, ферродинамический, электростатистический и индукционный.

По способу создания противодействующего момента измерительные механизмы бывают с механическим противодействующим моментом с электрическим противодействующим моментом – логометрические измерительные механизмы.

В измерительных механизмах первой группы противодействующий момент создается упругим элементом, например спиральными пружинами, которые при повороте подвижной части закручиваются. При этом

11.1

где - удельный противодействующий момент, зависящий от свойств упругого элемента. Упругие элементы используют также в качестве токоподводов к подвижной части.

В логометрических механизмах противодействующий момент создается так же, как и вращающий, но один из моментов должен зависеть от угла поворота подвижной части. Если момент, создаваемый величиной , - вращающий, а момент, создаваемый величиной - противодействующий, то , а т.е. в этом случае угол поворота подвижной части определяется отношением электрических величин и -долями измеряемой величины.

При перемещении подвижной части на нее, кроме указанных моментов, действуют также динамические моменты: момент сил инерции и момент успокоения.

Для оценки свойств измерительных механизмов рассмотрим структурную схему измерительного механизма, представляющего собой последовательное соединение двух звеньев и

В звене происходит безынерционное преобразование электрической величины во вращающий момент .

В звене , одинаковым для всех измерительных механизмов, вращающий момент преобразуется в угол отклонения подвижной части .

Дифференциальное уравнение, описывающее движение подвижной части измерительного механизма:

,

где - момент сил инерции; - момент успокоения; - момент инерции подвижной части; - коэффициент успокоения.

Если противодействующий момент создается упругими элементами, то уравнение имеет следующий вид:

Дата добавления: 2014-01-05