— Однако мы заговорились, дорогой Фагот, а публика начинает скучать. Покажи для начала что-нибудь простенькое.
Тема 4 ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ (ИП)
— Пардон! — Отозвался Фагот, — я извиняюсь, здесь разоблачать нечего, все ясно.
основы теории; магнитоэлектрические; электромагнитные» электродинамические;
электростатические; индукционные ИП
1. ОСНОВЫ ТЕОРИИ
Назначение ИП - преобразовать входную величину (ток, напряжение, мощность) в численное значение (число делений, число мм)
Принцип действия - Измерительная цепь преобразует измеряемую величину (например, напряжение) в величину, создающую вращающий момент (например, ток).
Измерительный механизм преобразует этот ток в момент вращающий, зависящий от измеряемой величины, поворачивающий указатель (стрелку, луч света).
Измерительный механизм создает (например, пружиной) момент противодействия, зависящий от угла поворота.
Установившееся положение указателя наступит, когда моменты вращающий и противодействия равны.
Оно оценивается количественно отсчетным устройством (шкалой).
Математическая модель
Вращающий моментМ В =М(х) (например, М В= k х)
Момент противодействия МПР= М(a) (например, МПР= сa)
Установившееся положение указателя наступит, когда МВ= МПР Þ М(х)= М(a)
Например, k х = сa, Тогда 
Прибор, в котором М ПР создается не пружиной, а также, как и М В, называется логометр.
2. МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ (ИМ)
Назначение – точное измерение постоянных величин
Принцип действия – рамка с током отклоняется моментом сил взаимодействия измеряемого тока и магнитного потока.Момент противодействующий создается пружиной.
Математическая модель
Вращающий момент М вр =BswI Противодействующий момент МПР= c a Þ a= BswI/c =SI.
Здесь В – индукция, Вс/м2; s -площадь рамки, м2; w –число витков; I -ток в рамке, А. c – упругость, Нм/град; S – чувствительность, град/A.
МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЛОГОМЕТР
Принцип действия
Тот же, но противодействующий момент создается не пружиной, а другой рамкой с током.
Математическая модель
Вращающий момент М В =B 1(a) s 1 w 1 I 1
Противодействующий момент М ПР =B 2(a) s 2 w 2 I 2
Þ a= a (I1/I2) –угол отклонения стрелки есть функция отношения токов в рамках.
Особенности
· большая чувствительность,
· малое собственное потребление мощности,
· способность измерять только постоянную составляющую тока.
3. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ
Назначение – измерение постоянных и переменных электрических величин
Принцип действия – Ферромагнитный якорь втягивается в катушку, по которой протекает измеряемый ток. Противодействующий момент создается пружиной.
Математическая модель
Вращающий момент М вр =kI 2
Противодействующий момент МПР= c a Þ a= a (I 2) – угол отклонения стрелки есть функция квадрата измеряемого тока. Равномерную шкалу получают выбором формы якоря.
|
Принцип действия
Катушки создают вращающий и противодействующий моменты, зависящие от тока и угла поворота.
Математическая модель
М В= М В(I B,a), М ПР= М ПР(IПР,a)
a = a(I B/ I ПР)
Особенности электромагнитных ИП
· сравнительно низкая чувствительность,
· большое собственное потребление мощности,
· способность измерять переменные и постоянные величины.
· высокая надежность
4.ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ
Назначение – измерение постоянных и переменных величин
Принцип действия – вращающий момент обусловлен силами взаимодействия тока подвижной катушки с током неподвижной. Момент противодействия создает пружина.
Математическая модель
Вращающий момент M =k I 1 I 2cosj
Þ Противодействующий момент МПР= c a
Þ a º I 1 I 2cosj (º - знак «пропорционально»)
здесь j - угол сдвига фаз между токами I 1 и I 2 при измерении переменных величин.
ЛОГОМЕТРЫ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЕ
имеют две подвижные катушки, отклонение стрелки пропорционально отношению токов через подвижные катушки и сдвигу фаз между ними.
Особенности электродинамических ИМ-
· высокая точность на постоянном и переменном токах, это наиболее точный прибор для измерения переменных величин;
· большое собственное потребление мощности.
5. ФЕРРОДИНАМИЧЕСКИЙ ИМ
То же, что электродинамический, но неподвижные катушки имеют магнитопровод, позволяющий увеличить магнитный поток при том же измеряемом токе.
6. ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ ИМ
Назначение – измерение напряжения постоянного и переменного
Принцип действия
Вращающий момент обусловлен электрическим полем, созданным между электродами измеряемым напряжением. Момент противодействия – пружиной.
Математическая модель
Вращающий момент M В= kU 2
Противодействующий момент М ПР = c a.
Þ a= a (U 2) – угол отклонения стрелки есть функция квадрата измеряемого напряжения.
Равномерную шкалу получают выбором формы электродов.
Особенности
· чувствительность мала
· собственное потребление мощности на постоянном токе отсутствует, на переменном мало.
7. ИНДУКЦИОННЫЙ ИМ
Назначение – измерение электрической энергии
Принцип действия
Вращающий момент обусловлен взаимодействием тока в диске, индуктированного обмоткой напряжения, с магнитным потоком обмотки тока.
Противодействующий момент создается постоянным магнитом.
Математическая модель
Вращающий момент M В=kUIcosj= P
Противодействующий момент М ПР = c da/dt
M В= М ПР Þ a = (k/c)ò Pdt = (k/c)W
Погрешность счетчика d=Dw/W=(Cн-С)/C
Сн и С – номинальная и действительная постоянные счетчика (кВт-ч/оборот диска)
Особенности
o компенсация сопротивления механизма дополнительным моментом, не зависящим
от измеряемой величины.
o 
при напряжении, отличающемся от номинального, возможно вращение диска при отсутствии тока - «самоход». Его не должно быть при напряжениях 0,8¸1,1Uн
Принцип действия к.з. кольцо создает составляющую магнитного потока, отстающую по фазе. В результате в диске возникает момент, не зависящий от мощности, а только от напряжения. Этот момент компенсирует сопротивления механизма.
КЛАССИКА (избранное из учебников)
ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ
Общие сведения. Электромеханический прибор включает в себя измерительную цепь, измерительный механизм и отсчетное устройство.
Измерительная цепь служит для преобразования измеряемой электрической величины в другую электрическую величину, непосредственно воздействующую на измерительный механизм.
Измерительный механизм преобразует электрическую величину в угол поворота подвижной части.
Отсчетное устройство служит для визуального отсчитывания значений измеряемой величины в зависимости от угла поворота подвижной части.
Несмотря на различие приборов с различными измерительными механизмами, имеется ряд деталей и узлов, общих для всех электромеханических приборов.
Корпус прибора защищает прибор от внешних воздействий, например, от попадания в него пыли.
Отсчетное устройство электромеханического прибора состоит из шкалы и указателя.
Шкала прибора обычно представляет собой пластину, на которой нанесены отметки, соответствующие определенным значениям измеряемой величины.
Указатель представляет собой перемещающуюся вдоль шкалы стрелку, жестко скрепленную с подвижной частью измерительного механизма прибора. В качестве указателя применяют также световой луч, отраженный от зеркальца, укрепленного на оси подвижной части. Луч света попадает на шкалу и образует на ней световое пятно, например, с темной нитью посередине. При повороте подвижной части световой указатель перемещается по шкале.
Крепление подвижной части осуществляется с помощью опор, растяжек или подвеса.
Опоры состоят из кернов и подпятников.
Керны представляют собой отрезки стальной проволоки, заточенные с одной стороны на конус.
Подпятники имеют вид цилиндра с коническим углублением по оси. Они чаще всего изготовляются из агата или корунда. Керны, укрепленные на подвижной части по оси вращения, входят в углубления подпятников, расположенные на неподвижной части. Недостаток установки на опорах — трение, которое вызывает погрешность.
Подвижная часть может быть подвешена на двух растяжках, представляющих собой упругие металлические ленты, прикрепляемые одним концом к подвижной части, а другим — к неподвижным деталям прибора. В случае необходимости растяжки могут быть использованы и для подвода тока в обмотку подвижной части.
Подвешивание подвижной части на подвесе применяется в приборах высокой чувствительности — гальванометрах. Подвес — тонкая, упругая лента. Приборы, в которых применен подвес, требуют установки по уровню, поскольку подвижная часть висит свободно и отклонение положения прибора от вертикального может вызвать ее касание с неподвижной частью.
Необходимая степень успокоения (требуемое время успокоения) достигается в приборах путем применения устройств, называемых успокоителями. Применяют магнитоиндукционные, жидкостные и воздушные успокоители. Магнитоиндукционное успокоение создается при движении металлических деталей подвижной части в магнитном поле. Момент успокоения возникает в результате взаимодействия магнитных полей и наводимых токов, возникающих в движущихся металлических деталях.
Магнитоиндукционный успокоитель состоит из постоянного магнита и перемещающейся в его рабочем зазоре металлической пластины (из алюминия), укрепленной на подвижной части. Роль успокоителя может играть также короткозамкнутый виток подвижной части, перемещающийся в поле магнита.
Жидкостное успокоение достигается тем, что подвижная часть измерительного механизма или ее отдельные детали помещаются в вязкую жидкость. Поэтому при колебаниях подвижной части расходуется энергия колебаний подвижной части, т. е. создается необходимое успокоение. В осциллографических гальванометрах с жидкостным успокоением в жидкость помещают либо всю подвижную часть, либо только часть растяжки.
Воздушный успокоитель состоит из камеры и находящейся внутри нее пластины, скрепленной с подвижной частью. При колебаниях подвижной части в камере создается разность давлений по обе стороны пластины. Эта разность давлений препятствует свободному перемещению подвижной части и вызывает ее успокоение.
Для установки указателя на требуемую отметку в электромеханических приборах применяют устройство, называемое корректором. Корректор содержит винт, укрепленный на корпусе прибора, поворачивая который, можно закручивать пружинки, растяжки или подвес и тем самым поворачивать подвижную часть прибора и устанавливать указатель на требуемую отметку.
Некоторые приборы снабжают арретиром — устройством, затормаживающим подвижную часть прибора.
На каждый прибор наносят условные обозначения. Как правило, на приборе обозначают: единицу измеряемой величины, класс точности, род тока, используемое положение прибора (горизонтальное или под углом), если это положение имеет значение. На шкале прибора указывают также условное обозначение типа измерительного механизма.
