В аналоговых электромеханических измерительных приборах непосредственной оценки электромагнитная энергия, подведенная к прибору непосредственно из измеряемой цепи, преобразуется в механическую энергию углового перемещения подвижной части относительно неподвижной.
Электромеханические измерительные приборы (ЭИП) применяют для измерения тока, напряжения, мощности, сопротивлений и других электрических величин на постоянном и переменном токах преимущественно промышленной частоты 50 Гц. Эти приборы относят к приборам прямого действия. Они состоят из электрического преобразователя (измерительной цепи), электромеханического преобразователя (измерительного механизма), отсчетного устройства.
ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ЦЕПЬ. Обеспечивает преобразование электрической измеряемой величины X в некоторую промежуточную электрическую величину Y (ток или напряжение), функционально связанную с измеряемой величиной X. Величина Y непосредственно воздействует на ИМ.
По характеру преобразования измерительная цепь может представлять собой совокупность элементов (резисторов, конденсаторов, выпрямителей, термопар и др.). Различные измерительные цепи позволяют использовать один и тот же ИМ при измерениях напряжения, тока, сопротивления, меняющихся в широких пределах. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ. Являясь основной частью конструкции прибора, он преобразует электромагнитную энергию в механическую, необходимую для отклонения на угол ά его подвижной части относительно неподвижной, т. е.
ά = f(Y) = F(X).
Подвижная часть ИМ представляет собой механическую систему с одной степенью свободы относительно оси вращения. Момент количества движения равен сумме моментов, действующих на подвижную часть.
Дифференциальное уравнение моментов, описывающее работу ИМ, имеет вид
J(d²α/dt²) =∑М, (10.1)
где J — момент инерции подвижной части ИМ; α — угол отклонения подвижной части; d²α/dt² — угловое ускорение.
На подвижную часть ИМ при ее движении воздействуют:
● вращающий момент М, определяемый для всех ЗИП скоростью изменения энергии электромагнитного поля и wэ, сосредоточенной в механизме, по углу отклонения α подвижной части. Вращающий момент является некоторой функцией измеряемой величины X, а следовательно, Y (тока, напряжения, произведения токов) и а:
M = (dwэ/da) = f(a)Yª (10.2)
где a= 1, 2;
● противодействующий момент Ма, создаваемый механическим путем с помощью спиральных пружин, растяжек, подводящих проводов и пропорциональный углу отклонения а подвижной части:
Ма = -Wа, (10.3)
где W — удельный противодействующий момент на единицу угла закручивания пружины (зависит от материала пружины и ее геометрических размеров);
● момент успокоения Мусп, т. е. момент сил сопротивления движению, всегда направленный навстречу движению и пропорциональный угловой скорости отклонения:
Мусп = - Р(dα/dt ) (10.4)
Где Р — коэффициент успокоения (демпфирования). Подставив (10.2)—(10.4) в (10.1), получим дифференциальное уравнение отклонения подвижной части механизма:
J(d²α/dt²) + Р(dα/dt ) + Wа = М, (10.5)
Установившееся отклонение подвижной части ИМ определяется равенством вращающего и противодействующего моментов,
.т. е. М = Мл, в том случае, если два первых члена левой части дифференциального уравнения (10.5) равны нулю. Подставив в равенство М = Ма аналитические выражения моментов, получим уравнение шкалы прибора, показывающее зависимость угла отклонения подвижной части от значения измеряемой величины и параметров ИМ.
В зависимости от способа преобразования электромагнитной энергии в механическое угловое перемещение подвижной части ИМ электромеханические приборы делят на магнитоэлектрические, электродинамические, ферродинамические, электромагнитные и др.
ОТСЧЕТНОЕ УСТРОЙСТВО АНАЛОГОВЫХ ЗИП. Чаще всего оно состоит из указателя, жестко связанного с подвижной частью ИМ, и неподвижной шкалы. Указатели бывают стрелочные (механические) и световые. Шкала представляет собой совокупность отметок, которые расположены вдоль какой-либо линии и изображают ряд последовательных чисел, соответствующих значениям измеряемой величины. Отметки имеют вид штрихов, черточек, точек и т. п.
По начертанию шкалы бывают прямолинейные (горизонтальные или вертикальные), дуговые (при дуге до 180° включительно) и круговые (при дуге более 180°).
По расположения отметок различают шкалы равномерные и неравномерные, односторонние относительно нуля, двусторонние и безнулевые. Шкалы градуируют либо в единицах измеряемой величины (именованная шкала), либо в делениях (неименованная шкала). Числовое значение измеряемой величины равно произведению числа делений, прочитанных по шкале, на цену (постоянную) прибора. Цена деления — значение измеряемой величины, соответствующее одному делению шкалы.
Так как ЗИП являются приборами прямого действия, то чувствительность прибора SП определяется чувствительностью цепи Sц и чувствительностью измерительного механизма Sмех: SП = SцSнех. Классы точности аналоговых ЭИП: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0.
УЗЛЫ И ДЕТАЛИ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ. Для большинства ЭИП, несмотря на разнообразие ИМ, можно выделить общие узлы и детали—устройства для установки подвижной части ИМ, для создания противодействующего момента, уравновешивания и успокоения.
Так как любой измерительный механизм ЭИП состоит из подвижной и неподвижной частей, то для обеспечения свободного перемещения подвижной части последнюю устанавливают на опорах, растяжках и подвесе. При транспортировке подвижную часть ИМ закрепляют неподвижно с помощью арретира.
Устройства для установки подвижной части на опорах представляют собой легкую алюминиевую трубку, в которую запрессовывают керны (стальные отрезки). Концы кернов затачивают и шлифуют на конус с закруглением. Опираются керны на агатовые или корундовые подпятники. При установке подвижной части ИМ на кернах между керном и подпятником возникает трение, что вносит погрешность в показания прибора. В приборах высокого класса точности (лабораторных) для уменьшения трения шкала устанавливается горизонтально, нагрузка сосредоточена в основном на нижней опоре.
Устройства для установки подвижной части на растяжках представляют собой две тонкие ленты из бронзового сплава, на которых подвешивается подвижная часть ИМ. Их наличие обеспечивает отсутствие трения в опорах, облегчает подвижную систему, повышает виброустойчивость. Растяжки используют для подведения тока к обмотке рамки и создания противодействующего момента.
Устройства для установки подвижной части на подвесах используют в особо чувствительных приборах. Подвижную часть ИМ подвешивают на тонкой металлической (иногда кварцевой) нити. Ток в рамку подвижной части подводят через нить подвеса и специальный безмоментный токоподвод из золота или серебра.
Для создания противодействующего момента используют одну или две плоские спиральные пружины и, вы полненные из оловянно-цинковой бронзы. Пружины служат также в качестве токоподводов к обмотке рамки подвижной части. Одним концом пружину крепят к оси или полуоси, а другим — к поводку корректора. Корректор, устанавливающий на нуль стрелку невключенного прибора, состоит из винта с эксцентрично расположенным пальцем и вилки с поводком. Винт корректора выводится на переднюю панель корпуса прибора, вращаясь, он движет вилку , что вызывает закручивание пружины и соответственно перемещение стрелки. Ось заканчивается кернами, опирающимися на подпятники.
Для уравновешивания подвижной части служат грузики-противовесы. Измерительный механизм считается уравновешенным, когда центр тяжести подвижной части совпадает с осью вращения. Хорошо уравновешенный измерительный механизм показывает при различных положениях одно и то же значение
Для создания необходимого успокоения ИМ снабжают успокоителями, развивающими момент, направленный навстречу движению (время успокоения не более 4 с). В ИМ наиболее часто применяют магнитоиндукционные и воздушные успокоители, реже — жидкостные (когда требуется очень большое успокоение).
Магнитоиндукционный успокоитель состоит из постоянного магнита и алюминиевого диска, жестко связанного с подвижной частью механизма и свободно перемещающегося в поле постоянного магнита. Успокоение создается за счет взаимодействия токов, индуцированных в диске при его перемещении в магнитном поле постоянного магнита с потоком этого же магнита.
Воздушный успокоитель представляет собой камеру, в которой перемещается легкое алюминиевое крыло (или поршенек), жестко связанное с подвижной частью ИМ. При перемещении воздуха из одной части камеры в другую через зазор колебания подвижной части затухают.
Поможем написать любую работу на аналогичную тему