Принцип работы и общие детали электромеханических приборов

Электромеханические приборы применяют для измерения напряжения, тока, мощности и
других электрических величин в цепях постоянного и переменного тока низкой
частоты. Название электроизмерительного прибора определяется его назначением.
Различают вольтметры, амперметры, ваттметры, омметры, фазометры и
комбинированные приборы - ампервольтметры, вольтомметры и другие.
По принципу действия электромеханические приборы делятся на приборы
магнитоэлектрической, электродинамической, ферродинамической, электромагнитной,
электростатической, индукционной и некоторых других систем, используемых реже.
Принадлежность прибора к той или иной системе обозначается условным значком на
его шкале.
Метрологические свойства прибора характеризуют его класс точности. Он
обозначается числом на шкале прибора и указывает предел приведенной погрешности
прибора, выраженный в процентах.
Основой электромеханического прибора является измерительный механизм (ИМ),
имеющий отсчетное устройство, неподвижную и подвижную части и демпфер для
успокоения собственных колебаний последней. Кроме ИМ прибор может содержать
шунты и добавочные резисторы, расширяющие пределы измерения и размещенные в том
же корпусе. На подвижную часть ИМ действует вращающий момент, возникающий под
действием токов и напряжений, функционально связанных с измеряемой величиной.
Для его уравновешивания используются спиральные пружинки или растяжки, создающие
противодействующий момент, пропорциональный углу поворота подвижной части.

Общие сведения.

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.

Указатели – бывают стрелочные (механические) и световые.

Шкала – совокупность отметок, представляющих ряд последовательных чисел вдоль какой либо линии.

По начертанию шкалы бывают прямолинейные (горизонтальные или вертикальные), дуговые (при дуге 180°) и круговые (при дуге > 180°).

Цена деления шкалы определяются как:

где: Х – конечное значение шкала на данном пределе измерения,

N . число отметок шкалы.

Рассмотрим общий принцип действия измерительного механизма.

Обобщенная механическая схема измерительного механизма представлена на рисунке.

1 – ось, 2 – электромеханический преобразователь, приведенный к общему центру масс, 3 – стрелка, 4 – пружина, 5 – подшипниковые опоры.

Дифференциальное уравнение моментов, описывающее работу измерительного механизма, имеет вид:

где J – момент инерции подвижной части измерительного механизма,

- угол отклонения подвижной части,

- угловое ускорение.

На подвижную часть (при движении) воздействуют следующие составляющие моментов:

Вращающий момент – М- определяется скоростью изменения энергии электромагнитного поля , сосредоточенной в механизме, по углу отклонения .

Противодействующий момент - М - создается, как правило, при помощи спиральных пружин и растяжек

где: W – удельный противодействующий момент на единицу угла закручивания пружины (определяется её материалом, длиной и т.д.).

Момент успокоения – М_усп- момент сил сопротивления движению. Всегда направлен встречно вращающему моменту.

р- коэффициент успокоения (демпфирования) подвижной части.

После подстановки всех составляющих момента в основное уравнение получим:

или

В статическом режиме, т.е когда стрелка прибора находится в неподвижном состоянии при каком то угле отклонения a, можно записать:

М=Мa.