Лекция 5. Общие сведения об измерительных механизмах
Тема 3. Механизмы и измерительные цепи электроизмерительных приборов
Лекция 5. Общие сведения об измерительных механизмах
Измерительный механизм имеет подвижную часть, на которую действуют механические силы, зависящие от измеряемой электрической величины.
Вращающий момент. Измерительные механизмы работают на принципе преобразования электромагнитной энергии в механическую, воспринимаемую подвижной частью механизма. Механические силы и вращающий момент — Mвр этих сил, действующих на подвижную часть механизма, возникают в результате взаимодействия магнитных или электрических полей, создаваемых током, напряжением, намагниченными или наэлектризованными телами.
По принципу работы измерительные механизмы классифицируются на следующие виды:
Ø магнитоэлектрические (в них вращающий момент создается путем взаимодействия магнитного поля постоянного магнита и контура (рамки) с током; подвижной частью может быть как рамка, так и магнит);
Ø ферродинамические (вращающий момент в механизмах возникает в результате взаимодействия магнитного поля, создаваемого электромагнитом, и подвижного контура (рамки) с током);
Ø электродинамические (вращающий момент в механизмах создается путем взаимодействия двух контуров (рамок) с током, один из которых — подвижный);
Ø электромагнитные (в них вращающий момент создается благодаря действию магнитного поля неподвижной катушки на ферромагнитное тело, являющееся подвижной частью механизма);
Ø электростатические (вращающий момент в механизмах возникает путем взаимодействия двух или нескольких заряженных тел, одно из которых является подвижной частью механизма);
Ø индукционные (в них используются неподвижные контуры с переменным током, создающие переменные магнитные поля, индуктирующие токи в диске, являющемся подвижной частью механизма).
Противодействующий момент. Для работы измерительного механизма необходимо, чтобы каждому значению измеряемой величины и вращающего момента соответствовал только один угол поворота подвижной части. Для этого в измерительном механизме предусмотрено создание противодействующего моментаMпр, направленного навстречу вращающему моменту и являющегося функцией угла отклонения.
Установившееся отклонение. При равенстве вращающего и противодействующего моментов будет иметь место установившееся отклонение.
Противодействующий момент обычно создается механическими силами с помощью спиральных пружин (рис. 3.1 а), растяжек (рис. 3.1 б) или подвесов (рис. 3.1 в). Противодействующий момент Mпр, создаваемый закручиванием пружинок, растяжек и подвесов, пропорционален углу закручивания α поворота подвижной части:
Mпр = Wα,
где W — удельный противодействующий момент, зависящий от упругих свойств материала и геометрических размеров ленты (длины, ширины и толщины), из которой выполнена пружина.
Отсчетные устройства. В измерительных механизмах в основном применяются три типа отсчетных устройств:
1обычная шкала и стрелка, имеющая копьевидный конец (рис. 3.2 а);
2зеркальная шкала и стрелка, содержащая ножевидный конец (рис. 3.2 б);
3световой отсчет с помощью зеркальца (рис. 3.2 в).
На (рис. 3.2 в) показан прибор с внутренним световым отсчетом. Луч света от лампы 4 через линзу 5, диафрагму 6, зеркал 9 и 3 и линзу 2 направлен на зеркальце 1 подвижной части, отразившись от которого, через зеркала 8 и 10 попадает на шкалу 7. На шкале получается изображение нити лампы в виде круглого светового пятна с чертой посередине.
Многократное отражение позволяет удлинить расстояние от зеркальца до шкалы и получить значительно большее перемещение светового пятна по шкале.
Успокоители. Подвижная часть механизма представляет собой массу, соединенную с упругим элементом, т.е. является колебательной системой. Для успокоения колебательной подвижной системы предусмотрены успокоители (демпферы). В измерительных механизмах применяются воздушные и магнитоиндукционные успокоители.
Воздушные успокоители обычно выполняются в виде крыльчатых (рис. 3.3 а) и поршневых (рис. 3.3 б) успокоителей. Крыльчатые успокоители представляют собой алюминиевую пластинку 2, перемещающуюся в камере 3 и укрепленную на ножке 1, сидящей на оси 4 подвижной части. Зазоры между крылом и камерой малы (0,3...0,5мм), поэтому сопротивление воздуха в камере движения подвижной части велико. Аналогично работает и поршневой успокоитель.
Магнитоиндукционный успокоитель показан на (рис. 3.3 в). Момент успокоения создается силами взаимодействия поля постоянного магнита 1 и токов, которые индуктируются в алюминиевой пластинке 2, перемещающейся в камере, закрепленной на оси 3 подвижной части, при ее движении в поле магнита.