Електромеханічні прилади прямого перетворення

Національний технічний університет України «КПІ»

Факультет Інформатики та Обчислювальної Техніки

Кафедра Технічної Кібернетики

 

 

Реферат

 

з теми:

 

"Електромеханічні прилади прямого перетворення"

 

 

 

 

 

 

 

Виконав студент                                                                   Перевірив:

групи ІК-31                                                                           доцент кафедри ТК

Казмірчук І.О.                                                                         Бурлаков В.М.

 

 

 

 

 

Київ

-2013-

Содержание

 

1. Электромеханические приборы прямого преобразования ………..3

1.1. Общие сведения……………………………………………… .3

1.2. Принцип работы приборов………………………………….. .3

1.3. Шкалы измерительных приборов…………………………... .5

2. Магнитоэлектрические механизмы…………………………………. 10

3. Электромагнитные механизмы. ………………………………..….. ..12

4. Электродинамические механизмы……………………………….... ...16

5. Электростатические механизмы…………………………………… ...18

6. Индукционные механизмы……………………………………..…... ...19

7. Источники погрешности измерений  и методы повышения

 точности измерений………………………………………………………21

7.1. Классификация методов……………………………………….22

Литература …………………………………………………………...……26

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Электромеханические приборы прямого преобразования

 

1.1 Общие сведения

Электромеханическими приборами прямого преобразования называют приборы, показания которых являются непрерывной функцией изменений измеряемой величины. Эти приборы отличаются относительной простотой, дешевизной, высокой надежностью, разнообразием применения, выпускаются вплоть до класса точности 0,05 и представляют собой важнейшую группу технических средств электрических измерений.

Электромеханические приборы прямого преобразования классифицируют по ряду признаков: по точности (классам точности), назначению (амперметры, вольтметры и т. д.), методу преобразования (прямого, компенсационного, смешанного) и некоторым другим параметрам

 

1.2 Принцип работы приборов

Электромеханический прибор состоит из двух основных частей: измерительной цепи и измерительного механизма.

Измерительная цепь служит для преобразования измеряемой величины в другую, непосредственно воздействующую на измерительный механизм.

В измерительном механизме электрическая энергия преобразуется в механическую энергию перемещения подвижной части. Обычно применяется угловое перемещение, потому в дальнейшем будут рассматриваться не силы, действующие в приборе, а моменты.

Момент, возникающий в приборе под действием измеряемой величины и поворачивающий подвижную часть в сторону возрастающих показаний, называется вращающим моментом M.

По способу создания вращающего момента (способ преобразования электромагнитной энергии, подводимой к прибору, в механическую энергию перемещения подвижной части) электромеханические приборы разделяются на следующие основные группы:

- магнитоэлектрические;

- электромагнитные;

- электродинамические;

- электростатические;

- индукционные.

Если бы повороту подвижной части ничего не препятствовало, то она при любом значении измеряемой величины, отличном от нуля, повернулась бы до упора. Для того чтобы угол отклонения а зависел от измеряемой величины, в приборе при повороте подвижной части создается противодействующий момент Ма, направленный навстречу вращающему и зависящий от угла поворота.

По способу создания противодействующего момента приборы делятся на две группы:

- с механическим противодействующим моментом;

- с электрическим противодействующим моментом-логометры.

При работе прибора в динамическом режиме, т. е. при перемещении стрелки, кроме рассмотренных ранее статических моментов - вращающего и противодействующего - возникают и другие моменты. Они обусловливаются моментом инерции подвижной части, сопротивлением окружающей среды и вихревыми токами, возникающими при наличии металлических масс и магнитных полей. Несмотря на то, что приборы разных групп по своему устройству существенно различаются, имеется ряд деталей и узлов, общих для всех электромеханических приборов. Корпус прибора защищает измерительный механизм от внешних воздействий, например от попадания в него пыли, а в отдельных случаях - воды и газов. Корпуса чаще всего выполняются из пластмассы. Размеры и форма корпусов весьма разнообразны.

На каждый прибор наносят условные обозначения. Номенклатура, изображение и место расположения их на приборе устанавливаются соответствующими нормативными документами. Как правило, на приборе обозначают: единицу измеряемой величины; класс точности; род тока; товарный знак предприятия-изготовителя; порядковый номер по системе нумерации предприятия-изготовителя или месяц выпуска, а также год изготовления или шифр, его заменяющий.

 Для определения  числового значения измеряемой  величины приборы имеют отсчетные  приспособления, состоящие из шкалы  и указателя.

                             

1.3 Шкалы измерительных приборов

У стрелочных измерительных приборов имеется шкалы, которые могут быть именованными, т.е. градуированными в единицах измеряемых величин, или условными. Условные шкалы применяют в многопредельных приборах. Чтобы узнать численное значение измеряемой величины по прибору с условной шкалой, надо цену деления шкалы умножить на число делений, отсчитанных по этой шкале до того места, где остановилась стрелка. Напомним, что для нахождения цены деления нужно найти разность между значениями ближайших "оцифрованных" делений и разделить на число делений между ними.

Шкалы приборов бывают нулевые и безнулевые. Нулевые шкалы могут быть односторонними (нуль размещен в начале шкалы) или  двухсторонними (нуль размещен между начальной и конечной отметками). В зависимости от положения нуля между конечными отметками двухсторонние шкалы бывают симметричными и несимметричными. На безнулевых шкалах конечные отметки соответствуют нижнему и верхнему пределам измерения.

По характеру зависимости линейных или угловых расстояний между соседними отметками шкалы от измеряемой величины различают равномерные, неравномерные, степенные, логарифмические и другие шкалы. Для точности измерений предпочтительнее равномерная шкала. Шкала считается равномерной, если отношение наибольшего деления к наименьшему не превышает 1,3  при постоянной цене деления.

Рядом со шкалой на лицевой стороне электроизмерительного прибора указывают необходимые маркировочные признаки: единица измеряемой величины; класс точности; номер ГОСТа, в соответствии с которым прибор изготовлен; род тока и число фаз; система прибора;  категория защищенности прибора от влияния внешних магнитных или электрических полей; группа прибора по условиям эксплуатации; рабочее положение прибора; испытательное напряжение прочности электрической изоляции токоведущих частей прибора; положение прибора относительно земного магнитного поля (если это влияет на его показания); номинальная частота тока (если она отличается от 50 Гц); год выпуска; тип (шифр); заводской номер и некоторые другие данные.

Шкала прибора обычно представляет собой пластину, имеющую белую поверхность с черными отметками, соответствующими определенным значениям измеряемой величины.

Указатель представляет собой перемещающуюся над шкалой стрелку, жестко скрепленную с подвижной частью прибора. Применяется также световой способ отсчета, который заключается в следующем: на оси подвижной части закрепляется зеркальце, освещаемое специальным осветителем; луч света, отраженный от зеркальца, попадает на шкалу и фиксируется на ней, например! в виде светового пятна с темной нитью посередине; при повороте' подвижной части световой указатель перемещается по шкале.

Световой отсчет позволяет существенно увеличить чувствительность прибора, во-первых, вследствие того, что угол поворота отраженного луча вдвое больше угла поворота зеркальца, а, во-вторых, потому, что длину луча можно сделать весьма большой. Кроме того, при световом отсчете уменьшаются масса и особенно, момент инерции подвижной части. Это позволяет расширить пределы измерения в сторону малых величин и улучшает условия успокоения прибора.

Крепление подвижной части на подвесе применяется в приборах наибольшей чувствительности - гальванометрах. Подвес, подобно растяжке, представляет собой тонкую упругую нить, на которой свободно подвешивается подвижная часть. В приборах на подвесах применяется световой отсчет. Они требуют установки по уровню, поскольку подвижная часть висит свободно, и поэтому даже небольшое отклонение положения прибора от вертикального может вызвать ее затирание.

 Необходимая степень успокоения  достигается в приборах путем  применения специальных устройств, называемых успокоителями.

Применяют магнитоиндукционные, жидкостные и воздушные успокоители.    Магнитоиндукционное успокоение создается при движении металлических неферромагнитных деталей подвижной части и магнитном поле постоянного магнита (или электромагнита). Момент успокоения создается при этом в результате взаимодействия магнитных полей магнита и вихревых токов, возникающих в движущихся металлических деталях. Конструктивно магнитоиндукционный успокоитель состоит из тормозного магнита и перемещающегося в его рабочем зазоре крыла, выполняемого обычно из алюминия. Применяют и другие конструкции, например, вместо крыла используют короткозамкнутый виток. Магнитоиндукционные успокоители отличаются простотой конструкции, удобством регулировки и применяются в тех случаях, если поле тормозного магнита не влияет на показания приборов. Идея жидкостного успокоения заключается в следующем. При колебании подвижной части измерительного механизма или ее отдельных деталей в вязкой жидкости вместе с ними колеблется непосредственно соприкасающийся и прилипший к поверхности деталей слой жидкости, тогда как более удаленные слои (Остаются в покое. Благодаря наличию градиента скорости между различными слоями жидкости возникает трение, на которое расходуется нежелательная кинетическая энергия колебаний подвижной части, т. е. создается необходимое успокоение.

На шкалах электромеханических аналоговых приборов наносятся следующие условные обозначения:

- рода тока;

- единицы измеряемой величины;

- рабочего положения прибора;

- класса точности;

- испытательного напряжения изоляции измерительной цепи по отншению к корпусу

- принципа действия ;

- буквенное обозначение прибора.

 

 

Таблица 1. Род тока измерительного прибора

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 2. Принцип действия измерительных прибора

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 3. Буквенные обозначения измерительных приборов

 

Таблица 4. Рабочее положение измерительных приборов

 

 

 

 

2.Магнитоэлектрические механизмы

          Подвижная  часть магнитоэлектрического измерительного  механизма (рис.1) состоит из прямоугольной  катушки (рамки) В. Обмотка рамки  из тонкой изолированной медной  проволоки наложена на алюминиевый  каркас. На рамке укреплены две полуоси – керны, установленные на опорах. На одной из полуосей укреплены стрелка и концы спиральных пружин, через которые ток подводится к обмотке рамки.

 

 

 

 

 

 

рис.1Схемамагнитоэлектрического измерительного механизма

          Боковые  стороны рамки расположены в  узком воздушном зазоре А между неподвижным стальным цилиндром Б и полюсными башмаками   N ‘, S‘. Сильный постоянный магнит N, S создает в воздушном зазоре однородное радиальное магнитное поле. На боковые стороны обмотки рамки, расположенные в магнитном поле, при наличии тока в обмотке, будет действовать пара сил F, F (рис.2).

 

 

 

 

 

 

 

рис.2Получение вращающего момента в магнитоэлектрическом измерительном механизме

Таким образом, создается вращающий момент, пропорциональный току в рамке,

M=kI,

где k – коэффициент пропорциональности.

          Под действием этого момента  рамка повернется на угол α, при котором вращающий момент  уравновесится противодействующим  моментом пружин. Последний пропорционален углу закручивания пружин

Mпр=Dα,

где D – коэффициент пропорциональности.

Из равенства вращающего и противодействующего моментов

Dα=kI

находим выражение угла поворота рамки

из которого следует, что угол поворота пропорционален току.

Ток в катушке измерительного механизма

где C=D/k – постоянная по току, известная для каждого прибора.

Таким образом, измеряемый ток определяется путем отсчета угла поворота рамки и умножения на постоянную прибора. Отсчет угла производится по указательной стрелке и шкале, укрепленной за концом стрелки.                       Успокоителем называется приспособление, предназначенное для уменьшения времени колебаний подвижной части, возникающих после включения прибора.