Файл: Электрические измерения. Общий курс учебник.pdf

заключающийся в TUM, ЧТО одновременно быстродействующими само­ пишущими приборами записываются входной и выходной сигналы средства измерения и путем их сопоставления может быть прибли­ женно определена динамическая погрешность при различных по характеру изменениях во времени входных сигналах.

Глава третья

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРИБОРАХ, ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ МЕХАНИЗМАХ

И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯХ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ

11. Принцип работы и общие детали электромеханических приборов

Принцип работы приборов. Электромеханический прибор состоит из двух основных частей: измерительной цепи и измерительного ме­ ханизма.

Измерительная цепь служит для преобразования измеряемой ве­ личины в другую, непосредственно воздействующую на измеритель­ ный механизм.

В измерительном механизме электрическая энергия преобра­ зуется в механическую энергию перемещения подвижной части. Обычно применяется угловое перемещение, поэтому в дальнейшем будут рассматриваться' не силы, действующие в приборе, а моменты.

Момент, возникающий в приборе под действием измеряемой ве­ личины и поворачивающий подвижную часть в сторону возрастаю­ щих показаний, называется вращающим моментом Л/. Он должен однозначно определяться измеряемой величиной а: и в общем случае

Для электромеханических приборов может быть написано общее выражение вращающего момента, вытекающее из уравнений Лагранжа второго рода, являющихся общими уравнениями динамики системы:

где We — энергия электромагнитного поля, сосредоточенная в из­ мерительном механизме.

По способу создания вращающего момента или, другими словами, по способу преобразования электромагнитной энергии, подводимой к прибору, в механическую энергию перемещения подвижной части электромеханические приборы разделяются на следующие основные группы: магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинами­ ческие, электростатические, индукционные. В зависимости от кон­ структивных особенностей измерительного механизма внутри неко-

59

торых групп выделяют подгруппы, например магнитоэлектрические приборы делят на приборы с подвижной рамкой и с подвижным маг­ нитом.

В дальнейшем, при рассмотрении различных групп приборов уравнение (51) будет конкретизировано для каждого отдельного случая.

Если бы повороту подвижной части ничто не препятствовало, то она при любом значении измеряемой величины, отличном от нуля, повернулась бы до упора. Для того чтобы угол отклонения а зависел от измеряемой величины, в приборе при повороте подвижной части создается противодействующий момент Ма, направленный навстречу вращающему и зависящий от угла поворота.

По способу создания противодействующего момента приборы делятся на две группы:

а) с механическим противодействующим моментом; б) с электрическим противодействующим моментом — логометры.

В первой группе приборов Ма создается обычно с помощью упру­ гих элементов (спиральных пружинок или тонких нитей — растя­ жек и подвесов), которые при повороте подвижной части закручи­ ваются. При этом

где W зависит только от свойств упругого элемента и называется удельным противодействующим моментом.

В логометрах Ма создается тем же путем, что и вращающий мо­ мент.

При установившемся равновесии вращающий и противодействую­ щий моменты равны между собой, т. е.

Зная аналитические выражения для моментов, из уравнения (53) можно найти зависимость угла поворота подвижной части от изме­ ряемой величины и параметров прибора, что в общем виде можно пред­

где А — параметры прибора.

Выражение (53) является основным уравнением, характеризую­ щим свойства тех или иных приборов.

Общие узлы и детали приборов. Несмотря на то, что приборы разных групп но своему устройству существенно различаются, имеется ряд деталей п узлов, общих для всех электромеханических приборов.

Корпус прибора защищает измерительный механизм от внешних воздей­ ствий и от попадания в него ныли, а в отдельных случаях — воды п газов. Кор­ пуса чаще всего выполняются пз пластмассы. Размеры и форма корпусов весьма разнообразны.

На каждый прибор наносятся следующие обозначения:

а) обозначение единицы измеряемой величины в приборах, имеющих име­ нованную шкалу; на шкалах многопредельных приборов может наноситься пол­ ное наименование прибора (например, «Амперметр»);

б) обозначение класса прибора;

60

в) условное обозначение принципа действия прибора; эти обозначения для

сплошных или штриховых линий соответственно при защите от магнитных или

тельной цепи ио отношению к корпусу в виде пятиконечной звезды, внутри ко­

61

жестко скрепленную с подвижной частью прибора. Применяется также свето­ вой способ отсчета, который заключается в следующем: на осп подвижной части закрепляется зеркальце, освещаемое специальным осветителем; луч света, отраженный от зеркальца, попадает на ш к а л у и фиксируется на ней, например, в виде светового пятна с темной нитью посередине; при повороте подвижной части световой указатель будет перемещаться но шкале .

Световой отсчет позволяет существенно увеличить чувствительность при­ бора, во-первых, -вследствие того, что угол поворота отраженного луча вдвое больше угла поворота зеркальца, а, во-вторых, по­ тому, что длішу луча можно сделать весьма боль­ шой. Например, в приборе нормального габарита вместо стрелки длиной 100—150 мм можно получить за счет многократного отражения от нескольких зеркал световой луч длиной, равной нескольким метрам. Кроме того, при световом отсчете умень­ шается вес и особенно момент инерции подвижной части. Это позволяет расширить пределы измерения в сторону малых величин и улучшает условия ус­

покоения прибора.

образом, что световой указатель при воздействии измеряемой величины с крайнего правого положения верхней строки перехо­ дит в крайнее левое положение нижней строки (при уменьшении измеряемой величины — наоборот). Таким образом, в приборе получаем как бы одну ш к а л у двойной длины. Это позволяет повысить в два раза точность отсчета без увели­ чения габаритов прибора.

Способ установки подвижной части определяется выбором элементов, соз­ дающих противодействующий момент. Применяется установка на опорах (в слу­ чае спиральных пружинок), на растяжках и на подвесе.

Опоры состоят из кернов и подпятника. Керны представляют собой отрезки стальной проволоки длиной 5—7 мм, диаметром 0,5—0,75 мм, заточенные с од­ ной стороны на конус с углом 45—60 и с радиусом закругления 0,01—0,15 мм.

менения оси в виде алюминиевой трубки керн запрессовывается в ось. Камень 4 завальцован в винт 5, укрепленный в неподвижной части 6 измерительного ме­ ханизма. Наличие винта позволяет установить необходимый зазор между кер­ ном и камнем.

Опоры являются важнейшим узлом прибора и во многом определяют его качество. Д л я уліеньшения погрешности от трения площадь соприкосновения между керном и подпятником должна быть весьма малой. Это приводит к тому, что, хотя вес подвижной части обычно не превышает нескольких граммов, напря ­ жения в паре керн — подпятник достигают очень больших величин.

62