МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕКСТИЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. А.Н.КОСЫГИНА
|
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ
ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО КУРСУ:
МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ И КОНТРОЛЯ
Составители: А.Б.Козлов,
Л.П.Себина,
Г.В.Милехин,
А.А.Ермаков
Москва 2007
В указаниях представлена методика выполнения лабораторных работ, затрагивающих вопросы принципа действия электроизмерительных приборов прямого действия, правила поверки щитовых приборов, измерения параметров электрических цепей приборами сравнения, а также датчиков перемещения и скорости вращения. В указаниях в разделе теоретического положения приведены схемы и конструкции приборов, методика обработки экспериментальных данных, расчета и графического построения характеристик.
Методические указания по курсу «Методы и средства измерения и контроля» предназначены для студентов заочной формы обучения по специальности 200503 «Стандартизация и сертификация»
Составители: лабораторной работы №1, №2 проф. А.Б.Козлов,
лабораторной работы № 3, №4 доц. Себина Л.П.,
лабораторной работы № 5 ст.преп. Г.В. Милехин,
лабораторной работы № 6, №7 доц. А.А. Ермаков.
Рецензенты: доцент кафедры Автоматики и промэлектроники
МГТУ им А.Н.Косыгина, к.т.н., доц. Ю.Д. Румянцев
профессор кафедры Автоматики и промэлектроники
МГТУ им А.Н.Косыгина, д.т.н., доц. А.А. Макаров
Подготовлено к печати на кафедре
Автоматики и промэлектроники
Лабораторная работа №1
ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ
ПОКАЗЫВАЮЩИЕ ПРИБОРЫ
ПРЯМОГО ДЕЙСТВИЯ
1. Цель работы:
1.1. Изучить принцип действия вольтметров различных систем (магнитоэлектрической, электромагнитной, электродинамической, электростатической и электронной) и составить краткий конспект.
1.2. Изучить способы и методики поверки, а также определения и представления погрешности приборов.
Теоретические положения
2.1. Электромеханические измерительные приборы (ЭМП)
Электромеханические измерительные приборы широко используются для измерений как электрических, так и неэлектрических физических величин в текстильной промышленности.
2. 1. 1. Принцип действия ЭМП
Электромеханический прибор состоит из двух основных частей: измерительной цепи и измерительного механизма (ИМ). Измерительная цепь служит для преобразования измеряемой величины в другую, непосредственно воздействующую на ИМ, который состоит из подвижной и неподвижной части.
В ИМ электроэнергия преобразуется в механическую энергию перемещения подвижной части. Обычно применяется угловое перемещение, поэтому будем рассматривать не силы, действующие в приборе, а моменты.
Под действием измеряемой величины в приборе возникает вращающий момент Мв, поворачивающий подвижную часть. Мв является некоторой функцией измеряемой величины X и угла отклонения a.
Мв = F (X,a)
Величина его определяется скоростью изменения электромагнитной энергии Wэ, сосредоточенной в ИМ, по угловому перемещению a подвижной части:
(1.1)
В зависимости от способа преобразования электромагнитной энергии в ИМ в отклонение его подвижной части приборы делят на следующие основные группы: магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, электростатические и индукционные.
Под действием любого под значению Мв подвижная часть стремится повернуться до упора, однако этому отклонению препятствуют противодействующий момент Мп, зависящий от угла поворота а.
По способу создания Мп, приборы делятся на две группы:
1) с механическим Мп;
2) с электрическим Мп – логометры.
В первом случае Мп создается упругими элементами, которые закручиваются при повороте подвижной части. При этом Мп = W a,где W – удельный противодействующий момент.
В логометрах Мп создается так же, как и Мв.
При установившемся равновесии
Мв = Мп. (1.2)
Зная аналитическое выражение для моментов можно найти уравнение преобразования.
2. 1. 2. Общие узлы и детали электромеханических приборов
Несмотря на то, что ЭМП по своему устройству существенно различаются, имеется ряд общих деталей и узлов. К ним относятся:
- отсчетные устройства (шкалы и указатели);
- устройства для крепления подвижной части ИМ;
- успокоители;
- противовесы (для установки центра тяжести подвижной части с осью вращения);
- корректор (для установки указателя на нулевую отметку шкалы);
- арретир (для закрепления подвижной части ИМ).
Рассмотрим устройства основных узлов:
Отсчетное устройство показывающих электромеханических приборов чаще всего состоит из указателя, жестко связанного с подвижной частью прибора, и неподвижной шкалы.
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.
Указатели бывают стрелочные (механические) и световые. В приборах с механическим указателем стрелка перемещается над шкалой. В технических приборах стрелка большей частью имеет копьевидную форму и изготовлена из листового алюминия. В лабораторных приборах шкала зеркальная, а стрелка имеет ножевидную форму (отсчет по шкале производят при совпадении стрелки с ее изображением на зеркале).
Шкала в приборах со световыми указателями размещается так, чтобы световое пятно указателя падало на ее отметки.
По начертанию шкалы бывают прямолинейные (горизонтальные или вертикальные), дуговые (при дуге до 180° включительно) и круговые (при дуге более 180°).
По характеру расположения отметок различают шкалы равномерные и неравномерные, односторонние относительно нуля, двусторонние и безнулевые.
Шкала градуируется либо в единицах измеряемой величины (именованная шкала), либо в делениях (неименованная шкала).
2. 1. 3. Устройства для крепления подвижной части
Для обеспечения свободного перемещения подвижной части, последнюю устанавливают на опорах (рис. 1.1, а), растяжках (рис. 1.1, б) или подвесе (рис. 1.1, в).
а б в
Рис. 1.1
Установка на опорах (кернах и подпятниках). Подвижную часть измерительного механизма располагают на осях (полуосях) с кернами. Ось представляет 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 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, а ось вертикально. При этом нагрузка сосредоточена в основном на нижней опоре.
Установка на растяжках. Этот вид установки является наиболее распространенным видом крепления подвижной части измерительного механизма. Растяжки представляют собой две тонкие ленты из бронзового сплава, на которых подвешивается подвижная часть. При наличии растяжек отсутствует трение в опорах, облегчается подвижная система, повышается виброустойчивость.
Установка на подвесе. Установку на подвесе используют в особо чувствительных приборах. Подвижную часть измерительного механизма подвешивают на тонкой металлической (иногда кварцевой) нити. Ток в рамку подвижной части подводят через нить подвеса и специальный безмоментный токопровод из золота или серебра.
При транспортировке подвижная часть прибора закрепляется неподвижно с помощью арретира.
Успокоители. Под действием измеряемой величины подвижная часть прибора отклоняется и занимает положение равновесия, совершив несколько затухающих колебаний. Время успокоения – это время, в течение которого подвижная часть устанавливается в положение равновесия с определенной точностью (для большинства приборов время успокоения должно быть не более
4 с). Для создания необходимого успокоения приборы снабжают специальными успокоителями (рис. 1.2), которые развивают момент, направленный навстречу движению подвижной части (последняя при этом находится в движении). В приборах наиболее части применяются магнитоиндукционные и воздушные успокоители.
а б
Рис. 1.2
Магнитоиндукционный успокоитель (рис. 1.2, а) состоит из постоянного магнита 1 и алюминиевого диска 2, жестко связанного с подвижной частью прибора и свободно перемещающегося в поле постоянного магнита. Успокоение создается за счет взаимодействия токов, индуктированных в диске при его перемещении в магнитном поле постоянного магнита с потоком этого же магнита.
Воздушный успокоитель (рис. 1.2, б) представляет собой камеру 1, в которой перемещается легкое алюминиевое крыло или поршенек 2, жестко связанные с подвижной частью прибора. При перемещении воздуха из одной части камеры в другую через зазор (между камерой и крылом) тормозится движение крыла и колебания подвижной части быстро затухают. Воздушные успокоители слабее магнитоиндукционных, но их обычно применяют в тех приборах, где магнитное поле создается постоянным магнитом.
Рассмотрим особенности измерительных механизмов различных систем.
