укажите какие элементы содержат электромеханические измерительные приборы

Аналоговые измерительные устройства

Несмотря на разнообразие электромеханических приборов, в их конструкциях можно выделить много общих элементов и сборочных единиц.

Каждый прибор состоит из одинаковых по назначению основных частей: корпуса, измерительного механизма, отсчетного устройства, элементов измерительной цепи. Измерительный механизм также содержит несколько общих частей: подвижную и неподвижную части, участвующие в создании момента М_ВР, неподвижную соединительную часть (обойму или стойку) с установленными на ней деталями опор, успокоителя и др. Некоторые детали подвижной части ИМ выполняют свое на­значение совместно с деталями, входящими в неподвижные части ИМ. К ним относятся: опоры подвижной части, успокоители, отсчетные устройства и элементы, служащие для создания М _ВР.

Установка подвижной части ИМ осуществляется разными способами: а) на кернах-подпятниках; б) на растяжках; в) на подвесе.

Опора керн-подпятник (рис. 3.3,а) характеризуется наличием трения, уменьшающим чувствительность прибора и увеличива­ющим его погрешность и собственное потребление. Из-за трения в опорах появляется вариация показаний. Расчет опоры на керн-подпятник сводится к определению минимального радиуса закругления керна по максимальному напряжению в опоре или же к проверке прочности опор по выбранным размерам и материалам их деталей.

Опора на растяжке (рис.2.3,б) характеризуется отсутствием трения, поэтому приборы на растяжках имеют более высокую чувствительность и меньшее собственное потребле­ние мощности по сравнению с приборами на кернах. Опоры на растяжках применяются в ИМ не только в качестве упругих опор; они создают противодействующий момент, а в ИМ с подвижной рамкой служат также для подвода тока в обмотку рамки. Недостатком растяжек является наличие остаточной деформации, так называемое упругое последствие, вызывающее невозвращение указателя к нулевой отметке. Приборы на растяжках не имеют достаточной надежности при воздействии ударов и тряски, и тогда по-прежнему применяют приборы на кернах. При горизонтальном расположении подвижной части образуется ее провисание Δ.

ĚC»/>

1 – керн; 2 – букса; 3 – подпятник; 4 – винт.

Ė

1 – растяжка; 2 – держатель; 3 – пружина; 4 – втулка.

1 – подвес; 2 – зеркало; 3 – рамка; 4 – пружинка; 5 – обойма.

В электромеханических приборах применяются воздушные, магнитоиндукционные и жидкостные успокоители.

Из воздушных успокоителей распространены крыльчатые успо­коители (рис. 3.4,а), которые применяются в тех приборах, в которые нежелательно вводить магнитное поле, например в переносных электромагнитных и электродинамических.

В магнитоиндукционных успокоителях момент успокоения создается за счет взаимодействия маг­нитного потока постоян­ного магнита с вихревы­ми токами, индуцирован­ными в секторе успокои­теля или каркасе рамки при их движении в маг­нитном поле магнита. При­мером таких успокоителей является секторный магнитоиндукционный успокоитель (рис.3.4,б).

» blacklevel=»-5898f» grayscale=»t» bilevel=»t»/>

1 – крыло; 2 – камера; 3 – крышка 1 – алюминиевый сектор;

2 – магнит; 3 – скоба

В магнитоэлектрических приборах момент успокоения возника­ет от токов, индуцированных в обмотке рамки и в алюминиевом каркасе (для каркасной рамки). Для ИМ с каркасными рамками основная часть успокоения приходится за счет каркаса рамки.

Отсчетные устройства служат для визуального отсчитывания значений измеряемой величины. В элек­тромеханических показывающих приборах они состоят из шкалы и указателя.

Шкала, а также все надписи и знаки, характеризующие прибор, наносятся на основание шкалы (циферблат). Шкалы и циферблаты нормированы ГОСТ 5365—83.

В современных приборах для повышения точности отсчета широко используют многошкальные отсчетные устройства, позво­ляющие увеличить длину шкалы, число ее делений, длину деления, уменьшить цену деления.

Указателем называется часть ОУ, положение которой относительно отметок шкалы определяет показание прибора. В зависимости от конструкции указателя приборы разделяются на стрелочные и со световым указателем.

Стрелочные просты по конструкции, но имеют малую чувстви­тельность из-за малой длины стрелки и меньшую точность отсчета. В переносных приборах для устранения погрешности от параллакса применяют зеркальные шкалы и трубчатые стрелки с ножевидным концом.

Корпуса служат для размещения элементов и деталей ИЦ, ИМ и ОУ и для защиты их от внешних воздействий (механических повреждений, загрязнений и т. п.). По конструкции корпуса электромеханических приборов можно раз­делить на две основные группы: корпуса щитовых и корпуса переносных приборов. Большинство из них изготовляется из пластмассы. Применяются также стальные, алюминиевые и ком­бинированные конструкции корпусов.

Источник

Электромеханические измерительные приборы

Структурную схему аналогового электромеханического прибора в общем виде можно представить как:

Измерительная цепь – обеспечивает преобразование электрической величины Х в промежуточную электрическую величину Y, функционально связанную с величиной Х и пригодную для непосредственной обработки измерительным механизмом.

Измерительный механизм – основная часть прибора, предназначенная для преобразования электромагнитной энергии в механическую, необходимую для создания угла поворота a.

Отсчетное устройство – состоит из указателя, связанного с измерительным механизмом и шкалы.

По типу измерительного механизма приборы делятся на:

— магнитоэлектрический механизм;

— магнитоэлектрический механизм логометрического типа;

— электромагнитный механизм;

— электромагнитный механизм логометрического типа;

— электромагнитный поляризованный механизм;

— электродинамический механизм;

— электродинамический механизм логометрического типа;

— ферродинамический механизм;

— ферродинамический механизм логометрического типа;

— электростатический механизм:

— измерительный механизм индукционного типа.

Общие технические требования ко всем электроизмерительным приборам нормируются ГОСТ 22261-82.

Условные обозначения определены в ГОСТ 23217-78.

Магнитоэлектрические измерительные приборы

Общее устройство прибора электромагнитного типа показано на рисунке:

На рисунке а показана схема магнитоэлектрического механизма с подвижным магнитом, а на рисунке б- с неподвижным магнитом.

Данный механизм, примененный непосредственно, может измерять только постоянные токи.

Достоинства магнитоэлектрических приборов: большой вращающий момент при малых токах, высокие классы точности, малое самопотребление. Недостатки магнитоэлектрических приборов: сложность конструкции, высокая стоимость, невысокая перегрузочная способность.

Элекродинамические измерительные приборы

Устройство электродинамического механизма и векторная диаграмма, поясняющая его работу, приведены на рисунке:

Электродинамический измерительный механизм работает по принципу взаимодействия магнитных потоков двух катушек. Электродинамический механизм состоит из двух катушек. Одна из них подвижная, а другая укреплена неподвижно. Токи, протекающие по этим катушкам и магнитные потоки ими образуемые при своем взаимодействии создают вращающий момент.

Приборы электродинамической системы имеют малую чувствительность и большое самопотребление. Применяются в основном при токах 0.1…10А и напряжениях до 300 В.

Ферродинамические приборы

Ферродинамическими называются приборы, у которых неподвижная катушка электродинамического механизма намотана на магнитопроводе. Это защищает от внешних электромагнитных полей и создает больший вращающий момент, т. е. повышается чувствительность.

Электромагнитные измерительные приборы

Устройство измерительного механизма электромагнитного типа показано на рисунке:

В электромагнитных измерительных механизмах для создания вращающего момента используется действие магнитного поля катушки с током на подвижный ферромагнитный (чаще пермоллоевый) лепесток. Достоинства электромагнитных механизмов: пригодность для работы в цепях постоянного и переменного тока; большая перегрузочная способность; возможность непосредственного измерения больших токов и напряжений; простота конструкции. Недостатки электромагнитных механизмов: неравномерная шкала; невысокая чувствительность; большое самопотребление мощности; подверженность влиянию изменения частоты; подверженность влиянию внешних магнитных полей и температуры.

Электростатические измерительные приборы

Схемы механизмов различных конструкций показаны на рисунке. На рисунке а приведена схема с изменяющейся площадью электродов, а на рисунке б- с изменяющимся расстоянием между электродами.

Принцип действия электростатического измерительного механизма основан на взаимодействии сил, возникающих между двумя разнозаряженными пластинами. Достоинства электростатических приборов: высокое входное сопротивление, малую входную емкость, малую мощность самопотребления, широкий частотный диапазон, могут использоваться в цепях переменного и постоянного тока, показания не зависят от формы кривой измеряемого сигнала. Недостатки электростатических приборов: приборы имеют малую чувствительность и невысокую точность.

Индукционные измерительные приборы

На основе индукционного измерительного механизма выполняются, как правило, счетчики электрической энергии. Устройство и векторная диаграмма прибора индукционной системы показаны на рисунке:

Механизм состоит из двух индукторов выполненных в виде стержневого и П-образного индукторов, между которыми находится подвижный неферромагнитный (алюминиевый) диск. На индукторах намотаны обмотки, по которым протекают соответственно токи I1 и I2, возбуждающие магнитные потоки Ф1 и Ф2. С осью диска связан счетный механизм, который считает число оборотов диска. Для предотвращения холостого вращения диска (для предотвращения самохода) в непосредственной близости от него укреплен постоянный магнит (тормозной магнит).

Если катушку 1 включить параллельно источнику энергии, а катушку 2 последовательно потребителю, тогда получим однофазный счетчик электрической энергии. Совокупность двух или трех однофазных измерительных механизмов образуют трехфазный счетчик. Достоинства приборов индукционной системы: большой вращающий момент, малое влиянию внешних магнитных полей, большую перегрузочную способность. Недостатки приборов индукционной системы: невысокая точность, большое самопотребление, зависимость показаний от частоты и температуры.

В последние годы электромеханические измерительные приборы почти повсеместно вытесняются цифровыми.

Источник

Укажите какие элементы содержат электромеханические измерительные приборы

Аналоговые электромеханические измерительные приборы имеют широкое распространение.

В приборах второй группы противодействующий момент создается Также, как и вращающий момент.
При установившемся отклонении подвижной части вращающий и противодействующий моменты оказываются равны между собой:

В табл. 1 приведены уравнения шкал для различных измерительных механизмов. Кроме указанных моментов на подвижную часть измерительного механизма действуют моменты, обусловленные трением в опорах, трением подвижной части о воздух и вихревыми токами, возникающими от взаимодействия металлических масс и магнитных полей.
Для уменьшения времени успокоения подвижной части в измерительный механизм вводят успокоитель, создающий момент успокоения
Этот момент направлен в сторону, противоположную направлению движения подвижной части, и равен нулю в момент равновесия. Момент успокоения пропорционален коэффициенту успокоения и угловой скорости движения подвижной части.
Кроме перечисленных электротехнических приборов применяются также тепловые, вибрационные и др..
Рассмотрим особенности и принципы действия Электротехнических, измерительных механизмов.
Магнитоэлектрический измерительный механизм (таблица 1)состоит из постоянного магнита 1 с полюсами N-S, неподвижного цилиндрического сердечника 2 с рамкой, двух спиральных противодействующих пружинок и стрелки 3, жестко укрепленной на подвижной оси.
Вращающий момент создается в результате взаимодействия магнитного потока постоянного магнита и тока, проходящего по катушке; происходит отклонение подвижной части из мерительного механизма относительно неподвижной. Различают механизмы с подвижной рамкой и подвижным магнитом. Наиболее распространены механизмы с подвижной рамкой. По конструкции магнитной системы измерительные механизмы подразделяют на механизмы с внешним и внутренним магнитом. Измеряемый ток проходит в обмотку через две спиральные пружины, которые одновременно создают также противодействующий момент.
Из уравнения шкалы магнитоэлектрического механизма (таблица 1) видно, что шкала равномерная
К достоинствам магнитоэлектрических измерительных механизмов относятся высокая чувствительность, незначительное влияние на режим работы внешних магнитных полей.
К недостаткам магнитоэлектрических механизмов относятся сложная и дорогая конструкция, возможность использования лишь в цепях постоянного тока.
Магнитоэлектрические измерительные механизмы с механическим противодействующим моментом применятся в амперметрах и гальванометрах постоянного тока, а также в некоторых типах омметрах.
В магнитоэлектрических логометрах противодействующий момент создается не механическим путем. а электрическим. С этой целью подвижную часть выполняют в виде двух жестко скрепленных между собой рамок, по обмоткам которых проходят токи I1 и I2. Для создания противодействующего момента пружинки не используются, а ток к обмоткам проводится с помощью безмоментных проводников. На рамки действуют моменты, направленные в противоположные стороны. Один из моментов можно считать вращающим, а другой противодействующим.
При этом зависимость угла поворота является функцией отношения токов:

Источник

Конспект лекции на тему «Электромеханические приборы»

Ищем педагогов в команду «Инфоурок»

Тема: Электромеханические измерительные приборы.

Устройство электромеханических приборов

Это преобразование должно выполняться с заданной точностью и обеспечивать требуемую функциональную зависимость между входной и выходной величинами преобразователя.

Различают номинальную функцию преобразования Yном = fном(X), приписываемую измерительному преобразователю согласно государственным стандартам, техническим условиям и другим нормативным документам, и реальную (рабочую) Yр = fр(X), которую он имеет в действительности.

В аналоговых электромеханических измерительных приборах непосредственной оценки электромагнитная энергия, подведенная к прибору непосредственно из измеряемой цепи, преобразуется в механическую энергию углового перемещения подвижной части относительно неподвижной.

Эти приборы относят к приборам прямого действия. Они состоят из электрического преобразователя (измерительной цепи), электромеханического преобразователя (измерительного механизма), отсчетного устройства (рис. 1).

Рис. 1 Структурная схема электромеханического прибора

По характеру преобразования измерительная цепь может представлять собой совокупность элементов (резисторов, конденсаторов, выпрямителей, термопар и др.). Различные измерительные цепи позволяют использовать один и тот же ИМ при измерениях разнородных величин, напряжения, тока, сопротивления, меняющихся в широких пределах.

Измерительный механизм, являясь основной частью конструкции прибора, преобразует электромагнитную энергию в механическую энергию, необходимую для отклонения его подвижной части относительно неподвижной. У большинства измерительных механизмов перемещение подвижной части состоит в повороте относительно неподвижной на угол α.

В зависимости от принципа преобразования электромагнитной энергии в механическое угловое перемещение подвижной части измерительного механизма, электромеханические приборы подразделяются на следующие группы (системы): 1) магнитоэлектрические; 2) электромагнитные; 3) электродинамические; 4) ферродинамические; 5) электростатические; 6) индукционные.

.2 Моменты, действующие на подвижную часть электромеханических приборов

Подвижная часть ИМ представляет собой механическую систему с одной степенью свободы относительно оси вращения. Момент количества движения равен сумме моментов, действующих на подвижную часть.

Дифференциальное уравнение моментов, описывающее работу ИМ, имеет вид

На подвижную часть ИМ при ее движении воздействуют:

вращающий момент М, определяемый для всех ЭИП скоростью изменения энергии электромагнитного поля W эм, сосредоточенной в механизме, по углу отклонения α подвижной части

противодействующий момент Мпр., создаваемый механическим путем с помощью спиральных пружин, растяжек, и пропорциональный углу отклонения α подвижной части:

момент успокоения Мусп, т.е. момент сил сопротивления движению, всегда направленный навстречу движению и пропорциональный угловой скорости отклонения:

Подставив (2), (3) и (4) в (1), получим дифференциальное уравнение отклонения подвижной части ИМ:

Установившееся отклонение подвижной части ИМ определяется равенством вращающего М и противодествующего Мпр. моментов, т.к. два первых члена левой части дифференциального уравнения (5) равны нулю. Подставив в равенство аналитические выражения моментов, получим уравнение преобразования (функцию преобразования, статическую характеристику)

2. Магнитоэлектрические измерительные механизмы и приборы

.1 Устройство и принцип действия магнитоэлектрического измерительного механизма

В магнитоэлектрических приборах вращающий момент создается в результате взаимодействия магнитного поля постоянного магнита и проводника с током, выполняемого обычно в виде катушки. Применяются как приборы с подвижной катушкой и неподвижным магнитом, так и приборы с неподвижной катушкой и подвижным магнитом. Больше распространены приборы с подвижной катушкой, которые мы и будем рассматривать.

Основными узлами магнитоэлектрического измерительного механизма являются магнитная система и подвижная часть. В зависимости от взаимного расположения постоянного магнита и катушки подвижной системы различают приборы с внешним магнитом и приборы с внутрирамочным магнитом.

Рис. 2 Устройство магнитоэлектрического измерительного механизма

В воздушном зазоре располагается рамка 5. Она свободно охватывает сердечник и жестко крепится на полуосях 6, поворот которых вызывает перемещение стрелки 7 по шкале 8. Рамка имеет обмотку из медного или алюминиевого изолированного провода диаметром от 0,03 до 0,2 мм и чаще всего бывает прямоугольной формы. Применяются бескаркасные и каркасные рамки.

В бескаркасной рамке необходимая жесткость катушки обеспечивается путем склеивания ее витков бакелитовым лаком. В каркасных рамках обмотка наматывается на каркас, выполняемый из алюминия, толщиной порядка 0,1-0,2 мм. Каркас необходим не только для того, чтобы увеличить механическую прочность рамки, но также и для получения нужного успокоения подвижной части. В магнитоэлектрических приборах используется магнитоиндукционное успокоение, но без применения специальных успокоителей. При движении рамки в поле постоянного магнита момент успокоения создается за счет взаимодействия вихревых токов, возникающих в цепи обмотки рамки, с полем магнита. Этот момент зависит от величины внешнего сопротивления, на которое включена обмотка рамки, и имеет незначительную величину, Для увеличения момента успокоения на рамку наматывается несколько короткозамкнутых витков. Если же этого недостаточно, то применяется металлический каркас, представляющий собой в электрическом отношении как бы один короткозамкнутый виток.

Уравнение преобразования для магнитоэлектрического измерительного механизма имеет следующий вид:

— вектор магнитной индукции в воздушном зазоре;

— число витков обмотки рамки;

— удельный противодействующий момент спиральных пружин;

— чувствительность механизма по току.

Из уравнения (6) видно, что чувствительность магнитоэлектрического прибора не зависит от угла отклонения и постоянна по всей шкале, т. е. магнитоэлектрические приборы имеют равномерную шкалу. Это позволяет выпускать их комбинированными и многопредельными.

Магнитоэлектрические приборы относятся к числу наиболее точных. Они изготовляются вплоть до классов 0,1 и 0,2. Высокая точность этих приборов объясняется рядом причин. Наличие равномерной шкалы уменьшает погрешности градуировки и отсчета, благодаря сильному собственному магнитному полю влияние посторонних полей на показания приборов весьма незначительно. Внешние электрические поля на работу, приборов практически не влияют. Температурные погрешности могут быть скомпенсированы с помощью специальных схем.

Большим достоинством магнитоэлектрических приборов является высокая чувствительность и малое собственное потребление мощности. В этом отношении магнитоэлектрические приборы не имеют себе равных.

Благодаря этим достоинствам магнитоэлектрические приборы могут применяться с различного рода преобразователями переменного тока в постоянный и для измерений в цепях переменного тока.

К недостаткам магнитоэлектрических приборов следует, отнести несколько более сложную и дорогую конструкцию, чем, например, у электромагнитных приборов, невысокую перегрузочную способность (при перегрузке обычно перегорают токоподводящие пружинки для создания противодействующего момента) и, самое главное, отмеченную выше возможность применения, при отсутствии преобразователей, лишь для измерений в цепях постоянного тока.

Магнитоэлектрические приборы используются главным образом в качестве амперметров, вольтметров и омметров.

.2 Магнитоэлектрические амперметры и вольтметры

Измерительные механизмы магнитоэлектрических амперметров и вольтметров принципиально не различаются между собой. В зависимости от назначения прибора (для измерения тока или напряжения) меняется его измерительная цепь. В амперметрах измерительный механизм включается в цепь непосредственно или при помощи шунта. В вольтметрах последовательно с измерительным механизмом включается добавочное сопротивление, и прибор подключается к тем точкам схемы, между которыми необходимо измерить напряжение.

Амперметр без шунта применяется в том случае, если весь измеряемый ток можно пропустить через токоподводящие пружинки и обмотку рамки измерительного механизма.

Так как рамка прибора намотана тонким проводом, это не позволяет пропускать через нее токи, превышающие десятки миллиампер. Превышение указанных значений может привести к повреждению провода рамки или спиральной пружинки. Таким образом, возникает задача расширения пределов измерения магнитоэлектрических амперметров и вольтметров.

Расширение пределов измерения амперметров достигается включением шунта параллельно прибору (Рис. 3).

Сопротивление шунта должно быть меньше сопротивления рамки измерительного механизма и подбирается так, чтобы при измерении основная часть измеряемого тока проходила через шунт, а ток, протекающий через рамку прибора, не превышал допустимого значения.

По 1-му закону Кирхгофа

Если обозначить отношение токов (коэффициент шунтирования), то с учетом (9) соотношение (8) можно записать в виде:

Шунты изготавливаются из манганина, имеющего температурный коэффициент сопротивления близкий к нулю. Амперметры для измерения сравнительно небольших токов (до нескольких десятков ампер) имеют внутренние шунты, вмонтированные в корпус прибора. Для измерения больших токов применяются наружные шунты.

Для расширения пределов измерения вольтметров применяют добавочные сопротивления (резисторы). Добавочные сопротивления включают в цепь последовательно с измерительным механизмом (Рис. 4).

При выборе величины добавочного сопротивления исходят из условия, чтобы сила тока через измерительный механизм не превышала значения, предельного для данного измерительного механизма (тока полного отклонения).

Обозначив из (11) получим соотношение для расчета добавочного сопротивления:

Добавочные сопротивления также изготавливаются из манганина и представляют обычно катушки из манганиновой проволоки, намотанные бифилярно.

Источник