 |
Создание противодействующего момента.
|
|
|
|
В измерительных механизмах с установкой подвижной части на опорах противодействующий момент создают одной или двумя плоскими спиральными пружинами. Одним концом пружина крепится к оси, другим – к проводку корректора, который служит для установки на нуль стрелки прибора перед началом измерений путём создания исходного натяжения пружины.
При работе прибора вращающий момент, создаваемый измерительным механизмом, закручивает пружину до тех пор, пока противодействующий момент не станет равным вращающему. Пружины обычно используются для подвода тока в подвижную часть прибора.
В механизмах с установкой подвижной части на растяжках для создания противодействующего момента используют упругие свойства растяжек. Наличие двух растяжек позволяет использовать их для подвода тока в подвижную часть измерительного прибора. Растяжки представляют собой бронзовую, платиновую или кобальт-никель-хромовую ленту шириной 0,08 – 0,35 мм и толщиной 0,01 – 0,4 мм.
Создание успокаивающего момента.
Создание успокаивающего момента необходимо для уменьшения времени успокоения подвижной части. Успокоитель создает момент только при движении подвижной части измерительного механизма: в состоянии равновесия он равен нулю.
В электромеханических приборах применяют успокоители трех типов: воздушные, магнитоиндукционные и жидкостные.
Воздушный успокоитель состоит из камеры, в которой движется легкий поршень, связанный с осью подвижной части. При движении поршня сопротивление воздуха создает успокаивающий момент. Воздушные успокоители достаточно громоздки и в последнее время используются редко.
Магнитоиндукционный успокоитель состоит из постоянного магнита с узким зазором и алюминиевого сектора, установленного на оси прибора и входящего в зазор магнита. При движении сектора в нем индуцируются вихревые токи, взаимодействие которых с полем магнита создает тормозной момент. В магнитоэлектрических приборах роль успокоителя выполняет алюминиевый каркас рамки измерительного механизма.
|
|
|
Жидкостной успокоитель состоит из двух дисков, один из которых неподвижен, а другой закреплен на оси подвижной части. Зазор между дисками невелик (порядка 0,1мм) и заполнен невысыхающей кремнийорганической жидкостью. Жидкость удерживается в зазоре силой поверхностного натяжения, при вращении одного диска относительно другого из-за вязкости жидкости создается тормозной момент.
Влияние частоты в электродинамических амперметрах с последовательным включением катушек незначительно.
В амперметрах на токи, больше 0,5 А, катушки включают параллельно – рис.5.10. При этом дополнительные резисторы в цепях катушек подобраны так, чтобы ток в подвижной катушке не превышал допустимого значения. Резистор Rgl в цепи неподвижной катушки может отсутствовать. Распределение токов по параллельным цепям будет происходить в соответствии с полным сопротивлением цепей: I1=k1I; I2=k2I. Тогда угол поворота подвижной части:
DM
α ═ —— k1 k2 I2 ———
W dα
Температурная погрешность амперметров с параллельным включением катушек больше за счёт перераспределения токов по параллельным цепям. Уменьшение температурной погрешности достигают подбором дополнительных резисторов из материалов с различным знаком ТКС.
I Rд1
I
Rд2
Рис. 5.10. Электродинамический амперметр; схема включения.
Влияние частоты в таких приборах также заметнее, поэтому стараются сделать одинаковыми постоянные времени параллельных цепей L/R.
Для расширения пределов измерения электродинамических амперметров шунты применяют редко. Пределы измерения электродинамических амперметров от 1мА до 10А на частоты до 10 кГц классов точности от 0,1 до 2,5.
|
|
|
Электродинамические вольтметры образуют последовательным включением катушек и дополнительного резистора Rg – рис. 5.11.
 |
r2
r1 Рис. 5.11. Электродинамический вольт-
метр, схема включения.
U
Rg
Обозначив площадь рамки через S=bl, можем записать
Ф=BS w α,
где w – число витков рамки. Следовательно, вращающий момент равен:
Мпр= BS w I.
Противодействующий момент в свою очередь равен
Мпр=Wα,
где W – удельный противодействующий момент пружин или растяжек. Для режима установившегося отклонения Мвр= Мпр:
BSwI = Wα,
откуда
α=BSwI/W.
Чувствительность прибора S`=BSw/W постоянна и не зависит от угла по- ворота α, что говорит о равномерности шкалы магнитоэлектрической системы приборов. Для получения отклонения стрелки в нужную сторону необходимо соблюдать полярность подключения рамки, указанную на приборе.
b
B
l
N S
I
Рис. 5.1. Принцип действия магнитоэлектрического механизма.
Для регулирования номинального угла отклонения служит магнитный шунт, представляющий собой пластину магнитомягкого материала, замыкающую магнитопровод. Регулируя положение магнитного шунта, производят наладку прибора.
Успокоение магнитоэлектрических приборов происходит за счет взаимодействия с вихревыми токами, наводимыми в алюминиевом каркасе рамки при ее движении.
Форма магнитопровода, магнита и сердечника могут быть различными. Чаще всего используется цилиндрический сердечник, вокруг которого вращается рамка - рис. 5.2. Магнитоэлектрические приборы используются только на постоянном токе. При подаче в рамку переменного тока i=Imsinωt среднее значение тока (а прибор реагирует на среднее значение) равно нулю. Но если в переменном токе будет содержаться постоянная составляющая, прибор покажет величину этой составляющей. При частотах ω переменного тока, меньше частоты собственных колебаний подвижной части (до 10 Гц), прибор может успевать за мгновенным значением входного тока.
К достоинствам измерительных механизмов магнитоэлектрической системы относятся: большая чувствительность
|
|
|
37
рассеяния магнита. Собственное магнитное поле электродинамических механизмов мало и они чувствительны к внешним магнитным полям. Для защиты от внешних полей используют магнитное экранирование или астазирование.
B1
i1
B2
i1
i2
Рис. 5.8. Схема электродинамического механизма.
Астатический прибор состоит из двух пар катушек. Подвижные катушки закреплены на одной оси. Магнитные поля неподвижных катушек направлены взаимно противоположно, противоположно направлены и поля подвижных катушек. Поэтому полезный вращающий момент удваивается, а вращающий момент, вызываемый внешним полем, устраняется. Нейтрализуется только равномерное внешнее поле.
Мгновенное значение электромагнитной энергии системы катушек:
Wэм = L1i21 / 2 + L2i22 /2 + M i1i2,
где L1 и L2 - индуктивности катушек, а М - взаимная индуктивность.
Вращающий момент, как обычно, равен производной от функции энергии по углу поворота. В связи с тем, что при повороте подвижной системы меняется только М, получим:
dWэм dM
Мвр ═ ——— ═ i1i2 ———
dα dα
Среднее значение вращающего момента на переменном токе, когда
i1 = I1m sin ωt, a i2 = I2m sin (ωt – ψ)
Mвр ср = I1 I2 cos ψ dM/dα
где I1, I2 - действующие (среднеквадратические) значения токов. Следовательно, электродинамический прибор обладает фазочувствительными свойствами и его можно использовать для измерения не только токов и напряжений, но и мощности. Для установившегося положения стрелки, когда вращающий момент уравновешен противодействующим моментом, угол поворота подвижной части равен
α = I1I2 cos ψ dM/dα/W
а для постоянных токов:
α = I1I2 dM/dα/W.
Правда, это еще более ухудшает чувствительность прибора. Этот способ используется для амперметров класса точности не лучше 1,0.
В приборах более высоких классов точности используют сложные (параллельно-последовательные) цепи температурной компенсации, используя дополнительные резисторы с ТКС разного знака, например, по схеме рис. 5.5.
Rш І
R1 - манганин
R2 – медь
Іс Rc R1 R3 – манганин
|
|
|
R3
R3
Рис. 5.5. Последовательно-параллельная схема температурной
компенсации.
Для построения вольтметра магнитоэлектрический механизм включают к измеряемому напряжению через добавочный резистор - рис. 5.6. Значение добавочного резистора определяется из условия обеспечения тока полного отклонения I0:
I0=U/(R0+Rд)
U
R0 Rд
I0
Рис. 5.6. Магнитоэлектрический вольтметр.
В вольтметрах Rд > Rо, поэтому влияние температуры на погрешность измерения незначительно, но с уменьшением предела измерения оно увеличивается. Магнитоэлектрические логометры содержат две рамки на одной оси, повернутые друг относительно друга. Логометр измеряет отношение токов, протекающих в обмотках рамок.
α=f(I1, I2)
В связи с тем, что вращающие моменты рамок противоположны, логометры не требуют специального создания противодействующего момента. Логометры чаще всего используются в омметрах для определения соотношения токов в плечах измерительной мостовой схемы.
Магнитоэлектрические амперметры изготавливаются на токи от 1 мкА и выше с классом точности от 0,1 до 2.5. На базе таких чувствительных приборов можно создать амперметр или вольтметр с любым пределом измерения, необходимым на практике.
|
|
|
