Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

Измерительные механизмы электромеханических измерительных приборов.




 

Измерительный механизм является преобразователем подведенной к нему электрической энергии в механическую энергию, необходимую для перемещения его подвижной части. Как правило, подвижная часть имеет одну степень свободы – может вращаться вокруг оси или, значительно реже, совершать линейное перемещение. Вращающий момент, поворачивающий подвижную часть измерительного механизма, является некоторой функцией измеряемой величины х и угла поворота α:

М = f1(x,α).

Общее выражение вращающего момента можно представить как производную энергии электромагнитного поля по углу поворота подвижной части:

М=dW/dα

Под действием вращающего момента подвижная часть будет поворачиваться до тех пор, пока он не уравновесится противодействующим моментом Мпр. Противодействующий момент также является функцией угла поворота:

Мпр=f2 (α)

Таким образом. угол поворота α зависит от измеряемой величины х. Уравнение α=f(x) является уравнением преобразования измерительного механизма прибора.

 

Магнитоэлектрические механизмы.

Механизмы этого типа основаны на взаимодействии поля постоянного тока, проходящего через катушку, с полем постоянного магнита, подвижная часть механизма представляет собой рамку (катушку) прямоугольной формы на алюминиевом каркасе либо без каркаса. Рамка может поворачиваться вокруг оси. Рамка крепится на жестких полуосях, вращающихся в опорах или на растяжках. К рамке подвешивается стрелка, уравновешиваемая грузиками. Магнитная цепь состоит из постоянного магнита с полюсными наконечниками, имеющими цилиндрическую расточку, цилиндрического сердечника и магнитопровода. Рамка вращается в зазоре между сердечником и полюсными наконечниками. В зазоре существует сильное, практически равномерное радиальное поле с индукцией В=μН, где Н – напряженность поля магнита, а μ - магнитная проницаемость воздуха. Энергия электромагнитного поля в зазоре определяется произведением:

We= ФI,

Где Ф – поток, сцепляющийся с рамкой; I - ток в рамке.

Активными сторонами рамки являются стороны длиной l- рис. 5.1. Эти стороны при вращении рамки пересекают силовые линии поля магнита.

Ток в цепи измерительного механизма:

U

I ═ ——————.

r1 + r2 + Rg

следовательно, угол поворота:

1 dM U2

α ═ —— —— ——————.

W dα (r1+r2+Rg)2

Обычно Rg >>(r1+r2), тогда

U2 dM

Α ═ ——— ———.

WRg2

На переменном токе берут значение не активного, а полного сопротивления цепи. В связи с тем, что дополнительный резистор Rg выполняется из манганина, общая температурная погрешность вольтметров невелика и тем меньше, чем больше предел измерения.

Для уменьшения частотной погрешности из-за увеличения индуктивного сопротивления катушек с частотой применяют шунтирование всего или части дополнительного резистора конденсатором. Уменьшение емкостного сопротивления компенсирует увеличение индуктивного сопротивления катушек. Вольтметры изготавливаются на пределы измерения от 1.5 до 600 В на частоты до 5 кГц классов точности от 0,2 до 2,5.

На базе электродинамических измерительных механизмов выпускаются ваттметры. В них обе секции неподвижной катушки включены последовательно в цепь нагрузки – рис. 5.12, а подвижная катушка подключена к напряжению через дополнительный резистор Rg.

Ток в подвижной катушке:

U U

In ═ ———— ═ —— Rn

Rn + Rg Rпр

Угол поворота на постоянном токе: In I

I UI dM

Α ═ —— —— ——— C Rg Zн

W Rпр

Рис.5.12.Электродинамический

ваттметр, схема включения.

Шкала ваттметра будет равномерной, если dM/dα=const.

В цепи переменного тока ток подвижной части отстает от напряжения на фазовый угол δ из-за наличия индуктивности в параллельной цепи – рис.5.13. Угол поворота подвижной части ваттметра на переменном токе:

К U δ In I

α ═ —— UIcos(φ—δ) α

W

Рис. 5.13. 45

(самая высокая среди всех систем), малое собственное потребление, малое влияние внешних электромагнитных полей, равномерная шкала, слабое влияние переменных высокочастотных помех.

Недостатками приборов считают их сложность, высокую стоимость и чувствительность к электрическим и механическим перегрузкам.

сердечник

 

 

N S магнит

 

 

рамка

 

Рис. 5.2. Принцип реализации магнитоэлектрического механизма.

 

Магнитоэлектрические измерительные механизмы являются основой амперметров и вольтметров постоянного тока.

При токах до 100 mА амперметр включают в цепь непосредственно, так, что весь ток проходит через обмотку рамки —

рис. 5.3:

Rс Rн При этом чувствительность

прибора равна чувствитель- ности измерительного механи-

I зма. Изменение температуры

среды сказывается на погреш-

ности измерения незначительно, т.к. при любом сопротивлении рамки прибор показывает реальный ток, проходящий по ней. Температура сказывается только на жесткости пружин противодействующего механизма.

В амперметрах на большие токи измерительный механизм включают через шунт – рис. 5.4. Чувствительность амперметра с шунтом:

S = S′/(Rн / Rш+1)

Rш Rн

 
 


І0

I

Rc

Рис. 5.4. Включение амперметра через шунт.

Наличие шунта ухудшает температурную стабильность показаний за счет перераспределения токов между шунтом и измерительным механизмом.

Для ее уменьшения используют дополнительное сопротивление из манга-нина, имеющего малый ТКС, включаемое последовательно с рамкой R0.

 

Характер шкалы принципиально неравномерный и зависит от изменения взаимоиндуктивности. Конструктивными мероприятиями удается линиаризовать шкалу в значительной ее части.

Достоинствами электродинамических приборов являются возможность работы на постоянном и переменном токах, стабильность показаний, а недостатками – невысокая чувствительность, большое собственное потребление и чувствительность к перегрузкам. Приборы этой системы могут работать в области частот до 10 кГц.

Ферродинамические приборы отличаются тем, что неподвижная катушка имеет магнитопровод из магнитомягкого материала. Наличие магнитопровода резко увеличивает магнитный поток, а следовательно, и вращающий момент. Ферромагнитные приборы обладают большей чувствительностью, но меньшей точностью (из-за потерь от гистерезиса и вихревых токов). Ферромагнитные приборы, как правило, используются на низких промышленных частотах.

Электродинамические логометры содержат две подвижные катушки, закрепленные под углом на одной оси. Если обозначить токи в подвижных катушках через i1 и i2, а сдвиги фаз этих токов относительно тока неподвижной катушке через ψ1, ψ2, то угол поворота подвижной части логометра можно выразить в виде:

α=f (I1cos ψ1/ I2cos ψ2).

Следовательно, показания логометра зависят от соотношения токов в подвижных катушках.

Электродинамические миллиамперметры и амперметры с током до 0.5А образуются путем последовательного соединения неподвижной и подвижной катушек - рис. 5.9. В этом случае прибор реагирует на реальный ток, и показания слабо зависят от изменения сопротивления катушек с температурой. Угол поворота подвижной части такого амперметра

α=I2 dM/dα/W

 
 


I

I

 

Рис. 5.9. Электродинамический миллиамперметр, схема включения

 

Конструктивно, изменяя форму и взаимное положение катушек, стремятся выполнить условие линеаризации шкалы:

I dM/dα = const.

При этом угол поворота будет пропорционален действующему значению тока.

Существуют магнитоэлектрические приборы с неподвижной катушкой и подвижным магнитом. Такие приборы обладают невысокой точностью, но очень надежны в тяжелых условиях эксплуатации. Область их применения - устройства самолетной и автотракторной техники.

 

Поделиться:





Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...