Средства измерений электрических, магнитных и неэлектрических величин

Аналоговые электромеханические приборы.

3.1 Общие сведения.

Аналоговым измерительным прибором (АИП) называют прибор, показания которого являются непрерывной функцией измеряемой величины по значению.

Структурная схема АИП представлена на рис.3.1.

Рис. 3.1

В измерительную схему входят масштабные и измерительные преобразователи, переключатели, резисторы, зажимы и т.д. без использования специальных электронных устройств и преобразователей. Поэтому такие АИП называются аналоговыми электромеханическими. В следующей главе рассмотрим аналоговые электронные приборы. Назначением измерительной схемы является преобразование измеряемой величины «х» (ток, напряжение, мощность, сопротивление и т.д.) в величину «у», непосредственно воздействующую на измерительный механизм (обычно ток или напряжение).

Назначением измерительного механизма (ИМ) является преобразование подводимой к нему электрической энергии в механическую энергию подвижной части. Если для перемещения подвижной части используются силы магнитного или электрического поля, то такой ИМ относится к группе электромеханических. В эту группу входят ИМ магнитоэлектрической, электродинамической, индукционной, электромагнитной, электростатической систем.

Для перечисленных ИМ, если известно выражение энергии магнитного (или электрического) поля и ее измерение при перемещении подвижной части, можно, исходя из энергетического баланса, определить момент, действующий на подвижную часть при ее повороте вокруг оси (или силу при линейном перемещении).

Если в результате воздействия сил поля на подвижную часть действует момент М, то при повороте ее на угол d a совершается работа dA = Md a. Эта работа, а также происходящий при повороте подвижной части прирост энергии поля dW_m должны покрываться за счет подводимой к ИМ энергии источника W _ист.

С учетом сказанного уравнение энергетического баланса будет иметь вид dA + dM _м= dW _ист.

Известно, что при постоянном значении тока или напряжения dA = dW _м, т.е. поступающая от источника энергия делится на две равные части, расхождение на приращение энергии поля и на механическую работу поворота подвижной части.

В результате имеем зависимость dA = dM _м= Md a, откуда получаем выражение для вращающего момента

. (3.1)

Формула (3.1) является обобщенным выражением вращающего момента для ИМ электромеханической группы.

Теперь коротко рассмотрим общие детали и узлы, используемые в указанных ИМ.

Отсчетное устройство представляет собой сочетание шкалы (шкала выполняет роль меры) и указателя. Последний может быть выполнен в виде стрелки или в виде оптического отсчетного приспособления. При этом световой указатель обеспечивает повышение чувствительности и устранение погрешности от параллакса, возникшей по причине того, что луч зрения в момент отсчета может быть направлен не под прямым углом к плоскости шкалы.

Установка подвижной части может быть выполнена различными способами: на опорах (на кернах и подпятниках), на растяжках и на подвесе.

Натянутые растяжки поддерживают подвижную часть, заменяя опоры, и могут быть использованы для подвода тока в обмотку подвижной части. При использовании растяжек устраняется механическое трение в опорах, снижается собственное потребление и повышается чувствительность прибора, а также устойчивость к тряске и вибрациям, которые обусловливают быстрый износ кернов и подпятников.

В гальванометрах (приборы самой высокой чувствительности) подвижная часть подвешивается на конце металлической или кварцевой нити. Ток в подвижную катушку гальванометра подводится через нить подвеса, а выводится при помощи специального токоподвода – тонкой металлической ленточки толщиной в несколько микрон. Такой подвод практически не обладает никакой упругостью и не влияет на движение подвижной части (безмоментный токоподвод).

Для обеспечения требуемого времени успокоения подвижной части прибора (порядка 4 сек) используются специальные успокоители трех типов: воздушные, жидкостные и магнитоиндукционные. Принцип действия магнитоиндукционного успокоителя заключается во взаимодействии магнитного потока постоянного магнита с индуктированными токами в элементах, сидящих на оси подвижной части ИМ. Эти элементы могут быть в виде алюминиевого каркаса рамки магнитоэлектрического механизма или алюминиевого диска индукционного прибора (создание тормозного момента).

Для исключения зависимости показания прибора от его положения необходимо, чтобы центр подвижной части прибора совпадал с осью вращения, т.е. подвижная часть прибора должна быть уравновешена. Для уравновешивания подвижной части делают специальные противовесы в виде грузиков 5 (рис. 3.1), перемещением которых по стержням 6 можно осуществить уравновешивание. В некоторых приборах уравновешенность обеспечивается за счет установки прибора по уровню, который встраивается в корпус прибора.

Стрелочные приборы снабжаются специальным приспособлением для точной установки стрелки на нулевую отметку шкалы – корректором (рис. 3.1) В приборах высокой чувствительности используется еще арретир, приспособленный не для неподвижного закрепления подвижной части при переноске или транспортировке прибора. Благодаря арретиру исключается возможный обрыв нити подвеса или растяжки.

Общие детали приборов электромеханической группы приведены на рис. 3.1. Спиральная пружина 1 (для создания противодействующего момента, а иногда и для токоподвода) крепится одним концом на оси прибора 2, а другим концом – к поводку корректора 3, с помощью которого стрелка устанавливается на нуль шкалы, если она по каким – либо причинам с него сместилась (устранение аддитивной погрешности прибора). Поводок 3 имеет вилку, захватывающую стержень, эксцентрично насаженный на винт 4, который выводится на корпус прибора.

Рис. 3.1. Устройство корректора

Кроме вращающего и противодействующего моментов, в АИП действуют (в динамическом режиме) и другие моменты, обусловленные трением подвижной части о воздух, трением в опорах, момент инерции и др.

Дата добавления: 2014-01-07