Практическая работа №3. Аналоговые измерительные приборы

Устройство аналоговых измерительных приборов

Отсчетное устройство средства измерения имеет шкалу, нанесенную на циферблат прибора.

На шкалу наносят отметки в виде короткой вертикальной черты, соответствующие некоторым значениям измеряемой величины.

Интервал между двумя соседними отметками шкалы называют делением шкалы.

Шкалы бывают равномерными и неравномерными.

Х_Н – начальное значение; 0 – 8 – диапазон показаний;

Х_К – конечное значение; 2 – 8 – диапазон измерений.

Отсчет значения измеряемой величины по шкале прибора производится с помощью указателя. Указатель может быть стрелочным или световым.

Стрелочный указатель – стрелка клиновидной, ножевой или стержневой формы.

Световой указатель – луч света, образующий на шкале световое пятно с индексом, по которому проводят отсчет показаний.

Устройство для создания противодействующего момента

Для обеспечения связи между углом поворота подвижной части и значением измеряемой величины необходимо создавать противодействующий момент.

В аналоговых измерительных приборах противодействующий момент создается двумя способами.

I способ: с помощью противодействующих пружин. Пружины выполняются в виде спирали из бронзы. Один конец, внутренний, прикрепляется к подвижной части И.М., а другой, наружный – к неподвижной части прибора. Вращающий момент, возникающий в И.М., закручивает пружину до тех пор, пока вращающий момент не будет равен противодействующему моменту.

В случае применения двух спиральных пружин, последние используются для подведения тока в подвижную часть прибора.

II способ: с помощью растяжек.

Растяжка – металлические ленточки шириной от 0,08 до 0,35 мм и толщиной от 0,01 до 0,04 мм из бронзы, платины. Обычно используют две растяжки. Растяжки создают противодействующий момент и укрепляют подвижную часть. Они используются для подведения тока.

Одна из растяжек или конец спиральной пружины прикрепляется к корректору.

Устройства для создания успокаивающего момента

При изменении измеряемой величины изменяется вращающий момент, нарушается равенство между значениями вращающего и противодействующего моментов.

Время, необходимое для уравновешивания противодействующего и вращающего моментов, называют временем успокоения подвижной части прибора.

Для обеспечения требуемого времени успокоения применяют успокоители.

а)воздушный;

б) магнитоиндукционный;

в)жидкостный.

Воздушный успокаиватель применяют в приборах старых разработок, имеющих подвижную часть на оси с противодействующим моментом. Он состоит из: 1) закрытой камеры; 2) легкого алюминиевого крыла; 3) оси подвижной части прибора.

Индукционный успокоитель состоит из: 1) неподвижного постоянного магнита; 2) магнитопровода; 3) крыла успокоителя.

Он применяется там, где поле постоянного магнита не оказывает влияние на работу И.М.

Жидкостный успокоитель используется в приборах малых размеров по высоте. Он состоит из: 1) диска, закрепленного на подвижной части прибора; 2) диска, закрепленного на неподвижной части прибора; 3) зазора от 0,1 до 0,15 мм.

Между дисками в зазоре находится специальная маловысыхающая кремнисто–органическая жидкость.

Габаритные размеры приборов

Габаритные размеры подразделяются на четыре типа. Типы корпусов отличаются конфигурацией и размерами фланца и формой углубленной части, в которой расположены И.М. и И.У.

а. Корпус с квадратным фланцем и круглой углубленной частью, расположенной по центру.

б. Корпус с прямоугольным фланцем и прямоугольной углубленной частью.

в. Корпус с прямоугольным фланцем и прямоугольной углубленной частью (узкопрофильный).

г.Корпус с прямоугольным фланцем и круглой углубленной частью, смещенной к нижней стороне фланца.

Практическая работа №4

Логометры

а) Магнитоэлектрический логометр.

Магнитоэлектрический логометрический механизм

Широкое применение находят логометрические магнитоэлектрические механизмы. В магнитоэлектрических логометрах в поле постоянного магнита 1 находится подвижная часть из двух жесткозакрепленных на оси рамок 2. Пружины, создающие противодействующий момент, здесь не нужны. На рамки действуют моменты, направленные в противоположные стороны (один можно считать вращающим, а другой – противодействующим). Сердечник 3 и полюсные наконечники 4 изготавливаются из магнитомягкого материала.

Индукция в местах расположения активных сторон рамок соответственно равна: В₁ = f₁(α) и В₂ = f₂(α), тогда моменты, действующие на подвижную часть, можно выразить следующим образом:

М₁=I₁F₁(α); - М₂=I₂F₂(α).

Подвижная часть занимает положение установившегося отклонения, соответствующее условию М₁= -М₂ или I₁F₁(α)=I₂F₂(α), откуда

I₁/I₂=F₂(α)/F₁(α)=F₃(α) или α=F(I₁/I₂).

Таким образом, логометр измеряет отношение токов, протекающих в обмотках рамок.

б) Электродинамический и ферродинамический логометры.

Схема устройства и векторная диаграмма электродинамического логометра

Широкое применение находят электродинамические и ферродинамические логометрические механизмы разнообразных конструкций и типов.

1. Электродинамический логометр. Он состоит из неподвижной катушки А, имеющей две части и две жестко скрепленные под некоторым углом подвижные катушки 1 и 2. Для подвода тока к подвижным катушкам служат безмоментные тоководы.

Угол поворота подвижной части электродинамического логометра определяется отношением проекции векторов токов в подвижных катушках на вектор тока в неподвижной катушке.

I₂cosφ₂/I₁cosφ₁=f(α).

2. Логометры ферродинамической системы.

Они могут быть с равномерной и неравномерной магнитной индукцией, с перекрещенными и не перекрещенными подвижными катушками.

Конструкции ферродинамических логометров: а) с перекрещенными подвижными катушками; б) с неперекрещенными подвижными катушками

Устройство а аналогично устройству магнитоэлектрического логометра. В устройстве б подвижные катушки перемещаются в воздушных зазорах двух магнитопроводов, смонтированных вместе. Магнитные потоки в зазорах магнитопроводов создаются неподвижными катушками А₁ и А₂, обтекаемыми одним током.

в) Электромагнитные логометры.

Электромагнитный логометрический измерительный механизм

Широкое применение на переменном токе находят также электромагнитные логометрические механизмы. Они бывают двухмоментные и трехмоментные.

1) Двухмоментный механизм состоит из двух неподвижных катушек и двух ферромагнитных сердечников, укрепленных на одной оси.

2) Трехмоментные механизмы отличаются наличием между катушками переменной магнитной связи.

Контрольные вопросы

1. Опишите устройство и принцип действия магнитоэлектрического электроизмерительного прибора.

2. Опишите устройство и принцип действия электродинамического электроизмерительного прибора.

3. Опишите устройство и принцип действия электромагнитного электроизмерительного прибора.

4. Поясните принцип работы логометра.

5. Как влияют на показания приборов их собственные индуктивности и емкости?

6. Каковы принципы действия, достоинства и недостатки термоэлектрических приборов?

Практическая работа №3. Аналоговые измерительные приборы

Контрольные вопросы

1. Перечислите системы и классы точности приборов.

2. Какова роль корректора, успокоителя и зеркальной шкалы в приборах?

3. Какие условные обозначения имеются на шкале электроизмерительного прибора?

4. Как действует магнитный успокоитель?

5. Как действует воздушный успокоитель?

Аналоговыми измерительными прибораминазывают приборы, показания которых являются непрерывной функцией изменений измеряемой величины.

Это приборы, допускающие отсчитывание показаний. Все аналоговые приборы состоят из указателя отсчетного устройства, жестко связанного с подвижной частью измерительного механизма, осуществляющего преобразование измеряемой электрической величины в угловое перемещение подвижной части. Независимо от назначения аналогового электроизмерительного прибора они содержат отсчетное устройство, устройство по созданию противодействующего и успокаивающего моментов, опорное устройство.

Общими для всех аналоговых приборов являются технические требования, определяемые соответствующими ГОСТами.

Общие технические требования ко всем аналоговым и цифровым приборам, а также к мерам электрических величин и измерительным преобразователям сформулированы в ГОСТ.

Государственные стандарты на отдельные виды аппаратуры устанавливают:

а) различные классы точности для амперметров и вольтметров: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4 и 5;

б) требования к электрической прочности и сопротивлению изоляции;

в) регламент времени успокоения подвижной части приборов;

г) требования к способности приборов выдерживать нагрузку током или напряжением, равным 120% конечного значения в течение двух часов;

д) требования к транспортировке и хранению;

е) требования к климатическим и механическим влияющим величинам;

ж) виды условных обозначений приборов.

Классы точности приборов устанавливаются по основной приведенной погрешности. Наибольшее численное значение основной приведенной погрешности прибора каждого данного класса не должно превышать численного значения этого класса. Например, для прибора класса 0,2 численное значение наибольшей основной приведенной погрешности не должно превышать ±0,2%.

Кроме того, в ГОСТ для каждого данного класса точности прибора регламентируются погрешности (шкалой прибора температуры окружающей среды, внешние магнитные и электрические поля).

Требования также устанавливаются к электрической погрешности и сопротивлению изоляции.

Регламентируется время успокоения подвижной части приборов, которое для большинства аналоговых приборов не должно превышать 4 с. Исключение составляют термоэлектрические и электростатические приборы, для которых время не превышает 6 с.

В соответствии с требованиями приборы должны выдерживать нагрузку током и напряжением, равным 120% конечного значения, в течение 2 ч.

Для всех приборов по значениям климатических и механических величин ГОСТ устанавливает 7 различных групп. Предусмотрены транспортировка, хранение.

Наименование	Условное обозначение	Наименование
Магнитоэлектрический			Магнитоэлектрический с электронным преобразователем
Логометр магнитоэлектрический			Термоэлектрический
Электромагнитный			Ток постоянный
Электродинамический			Ток переменный
Ферродинамический			Постоянный и переменный ток
Логометр ферродинамический			Трехфазный ток
Индукционный			Вертикальный
Электростатический			Горизонтальный
Выпрямительный			Класс точности
Логометр электромагнитный			Напряжение испытательное