Теоретическая часть. Общим термином электромеханические приборы обозначают средства измерений, структурная схема которых представлена на рис
Общим термином электромеханические приборы обозначают средства измерений, структурная схема которых представлена на рис. 1. Эта схема включает в себя измерительную схему ИС, измерительный механизм ИМ и отсчетное устройство ОУ.
К электромеханической группе принадлежат измерительные приборы магни- тоэлектрической, электромагнитной, электродинамической, электростатической и индукционной систем. Приборы этих систем часто входят в состав и других, более сложных, средств измерений. По физическому принципу, положенному в основу построения и конструктивному исполнению, эти приборы относятся к группе аналоговых средств измерения, т.е. средств измерения, показания которых являются непрерывной функцией измеряемой величины.
Измерительная схема (рис. 1) представляет собой совокупность сопротивлений, индуктивностей, емкостей и иных элементов электрической цепи прибора и имеет своей основной задачей преобразовать измеряемую физическую величину Х в некоторую новую величину У, под воздействием которой происходит перемещение a подвижной
частиизмерительногомеханизма, отсчитываемое с помощью отсчетного устройства.
Такимобразом, если выполняется зависимость
a=f ( X ) ,топрибор может быть
|
важно, чтобы параметры схемы и
измерительного механизма не изменялись при изменении внешних условий,
например, температуры окружающей
среды, частоты питающего тока и других факторов.
Рис. 1. Структура электромеханических приборов
В большинстве электромеханических приборов выходным перемещением a является угловое перемещение стрелки. Реже встречаются конструкции приборов с линейным перемещением указателя. Рассмотрим работу электромеханического прибора
с угловым перемещением стрелки. Подвижная часть измерительного механизма с угловым перемещением изображена на рис. 2 и представляет собой ось 1 со стрелкой 2, вращающуюся в подпятниках 3. Возможный угол поворота стрелки ограничен упорами
4; шкала прибора – 5.
Рис. 2. Подвижная часть измерительного механизма электромеханического прибора
При подаче на вход измерительной схемы прибора измеряемой величины возникает вращающий момент, описываемый выражением
МВР =
f1 (X).
Чтобы каждому значению измеряемой величины X соответствовало определенное отклонение стрелки a необходимо уравновесить вращающий момент Мвр противодействующим моментом Мпр, противоположным вращающему и возрастающим
по мере увеличения угла поворота подвижной части. В большинстве
электроизмерительных приборов противодействующий момент создается плоской спиральной пружинкой 6, для которой справедливо соотношение
MПР =Wa,
где W – коэффициент, зависящий от свойств материала и размеров пружины. При совместном воздействии вращающего и противодействующего моментов положение равновесия, т. е. установившееся отклонение стрелки определяется из условия
МВР
=МПР, тогда:
a=f1( X ) =F ( X ) .
W
Решение этого уравнения представляет собой градуировочную характеристику прибора.
Подвижная часть измерительного механизма представляет собой колебательную
систему.Длятогочтобыстрелкаприборанеиспытываласлишкомдолгихколебанийв
электромеханических приборах, применяются успокоители, создающие момент успокоения, пропорциональный скорости перемещения стрелки
гдеР – коэффициент успокоения.
Мусп
=Р da,
dt
Различают воздушные, жидкостные и магнитоиндукционные успокоители. В воздушных успокоителях (рис. 3, а) на оси 2 подвижной части укреплено легкое алюминиевое крыло 1, которое движется в закрытой камере 3. Зазор между краями крыла
и стенками камеры очень маленький, поэтому при движении крыла повышается давление воздуха в одной части камеры и уменьшается в другой, и так создается тормозное усилие.
Действие жидкостного успокоителя поясняет рис. 3, б, где показаны два металлических диска, а между ними в зазоре около 0,1 мм находится вязкая жидкость 2, которая не выливается в любом положении. Диск 1 укреплен на подвижной, а диск 3 – на неподвижной части прибора. Взаимному движению дисков препятствуют силы сцепления жидкости с дисками.
В магнитоиндукционные успокоители входит постоянный магнит 2 и алюминиевая пластинка 1, укрепленная на оси 3 подвижной части прибора (рис. 3, в). Пластинка находится в постоянном магнитном поле, поэтому при движении в ней индуктируются вихревые токи. Силы, противодействующие движению, создаются, согласно правилу Ленца, в результате взаимодействия того же магнитного поля с вихревыми токами.
а) б) в)
|
|
Рис. 3. Воздушный успокоитель (а); жидкостный успокоитель (б);
магнитоиндукционный успокоитель (в)