Ювелирное обозрение

Основные характеристики электромеханических приборов.

К основным характеристикам электромеханических приборов относятся: точность, диапазон измерений, чувствительность, время успокоения, надежность, собственное потребление мощности и др.

Показателями точности электромеханических приборов кроме основной погрешности являются также вариация показаний и невозвращение указателя к отметке механического нуля.

Вариация показаний определяется как разность показаний прибора (при одном и том же значении измеряемой величины) при плавном подходе указателя к испытуемой отметке сначала со стороны начальной, а затем конечной отметки шкалы. Причиной появления вариации может служить трение в опорах подвижной части. Для большинства приборов вариация не должна превышать абсолютного значения допускаемой основной погрешности.

Невозвращение указателя к отметке механического нуля определяется при плавном подводе указателя к этой отметке от наиболее удаленной от нее отметки шкалы. Причиной невозвращения к нулю является упругое последействие растяжек или спиральных пружин.

Временем успокоения подвижной части измерительного механизма называется промежуток времени, прошедший с момента изменения измеряемой величины до момента, когда отличие показаний прибора от установившегося его показания не превысит ±1 % от длины шкалы. Значение времени успокоения для большинства электромеханических приборов не должно превышать 4 с (для электростатических и термоэлектрических – 6 с).

Основной функциональной частью магнитоэлектрического прибора является измерительный механизм.

Устройство и принцип действия магнитоэлектрического ИМ

Принцип действия магнитоэлектрических механизмов основан на взаимодействии магнитных полей постоянного магнита и катушки (рамки), по которой протекает ток.

Рассмотрим устройство и работу магнитоэлектрического механизма с механическим противодействующим моментом. Конструктивно магнитоэлектрический механизм выполняется либо с подвижной катушкой, либо с подвижным магнитом. Конструкция с подвижной катушкой показана на рис. 4.2.

Магнитная система измерительного механизма состоит из постоянного магнита 1, магнитопровода с полюсными наконечниками 4, сердечника 3. Между полюсными наконечниками находится катушка (рамка) 2, по которой протекает ток I. Рамка соединена со стрелкой 5, перемещающейся по шкале 6. При прохождении тока I по рамке 2, помещенной в равномерное, постоянное магнитное поле с индукцией В, создается вращающий момент М_ВР, действующий на подвижную часть магнитоэлектрического механизма. Выражение для определения вращающего момента представляется как

где Y – потокосцепление магнитного поля постоянного магнита с рамкой; В – магнитная индукция в воздушном зазоре между полюсными наконечниками; n – число витков рамки; S – активная площадь рамки; a – угол поворота рамки.

Противодействующий момент создается пружинками (на рис. 4.5 не показаны). Из равенства М_ВР = М_ПР можно получить следующее уравнение преобразования магнитоэлектрического измерительного механизма:

где S_I = BnS/W – чувствительность магнитоэлектрического механизма к току.

Рассмотрим магнитоэлектрический логометрический измерительный механизм, в котором противодействующий момент создается электрическим способом. В таком механизме подвижная часть выполняется в виде двух жестко скрепленных между собой рамок 1 и 2, как показано на рис. 4.6. По обмоткам рамок протекают токи I₁ и I₂, которые создают моменты М₁ и М₂.

Направления токов выбираются таким образом, чтобы моменты М₁ и М₂ действовали навстречу друг другу. Записав выражения для моментов в виде М₁ = S₁n₁F₁(a)I₁; М₂ = S₂n₂F₁(a)I_2.. Считая один из моментов вращающим, например, М₁, а второй М₂ – противодействующим, при установившемся равновесии выражение для угла отклонения подвижной части можно представить в виде

Рис. 4.6. Устройство магнитоэлектрического логометра

Из данного выражения видно, что магнитоэлектрический логометр измеряет отношение токов. Логометрические измерительные механизмы очень часто используются в приборах для измерения сопротивления. Показания таких приборов не зависят от напряжения питания.

Области применения, достоинства и недостатки

Магнитоэлектрические механизмы используется для построения различных приборов:

1) амперметров и вольтметров для измерения тока и напряжения в цепях постоянного тока;

3) гальванометров постоянного тока, используемых в качестве нулевых индикаторов, для измерения малых токов и напряжений;

4) баллистических гальванометров, применяемых для измерений малых количеств электричества;

5) приборов для измерения в цепях переменного тока:

а) выпрямительных, термоэлектрических и электронных приборов с преобразователями переменного тока в постоянный;

б) осциллографических гальванометров;

в) вибрационных гальванометров, используемых в качестве нулевых индикаторов переменного тока.

Достоинствами магнитоэлектрических приборов являются:

1) высокая чувствительность;

2) высокая точность;

3) малое собственное потребление мощности;

4) равномерная шкала;

5) малое влияние внешних магнитных полей.

К недостаткам магнитоэлектрических приборов можно отнести:

1) невысокую перегрузочную способность;

2) сравнительно сложную конструкцию;

3) применение, при отсутствии преобразователей, только в цепях постоянного тока.

Магнитоэлектрические приборы занимают первое место среди других электромеханических приборов. Они выпускаются вплоть до класса точности 0,05.

Погрешности магнитоэлектрических приборов

Одной из основных причин возникновения погрешности является отклонение температуры от градуировочной (температурная погрешность). При повышении температуры уменьшаются магнитная индукция в рабочем зазоре (индукция уменьшается примерно на 0,2 % на 10 0 С) и удельный противодействующий момент (удельный противодействующий момент уменьшается примерно на 0,2-0,4 % на 10 0 С), увеличивается электрическое сопротивление обмотки рамки и токоподводов (пружинок или растяжек).

Следует отметить, что при уменьшении магнитной индукции показания магнитоэлектрического прибора уменьшаются, а при уменьшении удельного противодействующего момента показания увеличиваются. Таким образом, эти два фактора взаимно компенсируют друг друга.

Для уменьшения температурной погрешности, обусловленной изменением электрического сопротивления обмотки рамки и растяжек (или пружинок), в магнитоэлектрических приборах применяются различные схемные решения, например, включение последовательно с рамкой добавочного сопротивления с малым температурным коэффициентом сопротивления. Подобная схема компенсации позволяет уменьшить температурную погрешность магнитоэлектрических вольтметров до значений, соответствующих классу точности 0,1.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Сдача сессии и защита диплома – страшная бессонница, которая потом кажется страшным сном. 8810 – | 7168 – или читать все.

91.146.8.87 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно

В измерительных механизмах магнитоэлектрической системы вращающий момент создается взаи­модействием измеряемого постоянного тока в катушке механизма с полем постоянного магнита. Существуют два основных типа приборов магнитоэлектрической системы: приборы с подвижной катушкой (подвижной рамкой) и приборы с подвижным магнитом, причем первые применяются значительно чаще, чем вторые.

Принцип действий магнитоэлектрических приборов основан на взаимодействии магнитного поля постоянного магнита и обмотки с током. В воздушном зазоре 1 (рис. 7.1) между неподвижным стальным цилиндром 2 и полюсными наконечниками NS неподвижного постоянного магнита расположена алюминиевая рамка с обмоткой 3, состоящей из w витков изолированной проволоки.

Рамка жестко соединена с двумя полуосями О и О’, которые своими концами опираются о подшипники. На полуоси О закреплены указательная стрелка 4 и две спиральные пружинки 5 и 5′, через которые к катушке подводится измеряемый ток I, противовесы 6. Полюсные наконечники NS и стальной цилиндр 2 обеспечивают в зазоре 1 равномерное радиальное магнитное поле с индукцией В. В результате взаимодействия магнитного поля с током в проводниках обмотки 3 создается вращающий момент. Рамка с обмоткой при этом поворачивается и стрелка отклоняется на угол α. Электромагнитная сила Fэм , действующая на обмотку, равна Fэм = wBlI.

Вращающий момент, создаваемый силой Fэм,

где d и l— ширина и длина рамки (обмотки); С1 – коэффициент, зависящий от числа витков w, размеров обмотки и магнитной индукции В.

Повороту рамки противодействуют спиральные пружинки 5 и 5′, создающие противодействующий момент, пропорциональный углу закручивания α:

где С2 — коэффициент, зависящий от жесткости пружинок.

Стрелка устанавливается на определенном делении шкалы при равенстве моментов

Мвр = Мпр, т. е. когда C1I = С2α. Угол поворота стрелки

С2 пропорционален току. Следовательно, у приборов магнитоэлектрической системы шкала равномерная, что является их достоинством.

Направление вращающего момента (определяемое правилом левой руки) изменяется при изменении направления тока. При включении прибора магнитоэлектрической системы в цепь переменного тока на катушку действуют быстро изменяющиеся по значению и направлению механические силы, среднее значение которых равно нулю. В результате стрелка прибора не будет отклоняться от нулевого положения. Поэтому эти приборы нельзя применять непосредственно для измерений в цепях переменного тока.

Достоинства приборов магнитоэлектрической системы: точность показаний, малая чувствительность к посторонним магнитным полям, незначительное потребление мощности, равномерность шкалы. К недостаткам следует отнести необходимость применения специальных преобразователей при измерениях в цепях переменного тока и чувствительность к перегрузкам (тонкие токопроводящие пружинки 5 и 5′ из фосфористой бронзы при перегрузках нагреваются и изменяют свои упругие свойства).

15. электромагнитные приборы, принцип действия, достоинства, недостатки, область применения

Электроизмерительные приборы — класс устройств, применяемых для измерения различных электрических величин.

Принцип работы приборов этой системы основан на взаимодействии магнитного поля, создаваемого катушкой со стальным сердечником, помещенным в поле этой катушки. Электромагнитный измерительный механизм выполняют с плоской или круглой катушкой.

Достоинством приборов электромагнитной системы являются простота и надежность конструкции, невысокая стоимость, стойкость к перегрузкам и пригодность для измерений в цепях переменного и постоянного тока.

К недостаткам относятся невысокая точность, малая чувствительность, неравномерность шкалы и зависимость показаний от внешних магнитных полей и частоты переменного тока.

Электромагнитные приборы используют, главным образом, для измерения тока и напряжения в промышленных установках переменного тока.

16. Электродинамические измерительные приборы, принцип действия, достоинства, недостатки, область применения

Принцип действия электродинамических приборов основан на взаимодействии магнитных полей двух катушек одной, неподвижно закрепленной, и другой, сидящей на оси и могущей поворачиваться.

Достоинствами электродинамических приборов являются пригодность для измерения постоянного и переменного тока, равномерность шкалы у ваттметров и относительно высокая точность по сравнению с другими приборами, предназначенными для измерений в цепях переменного тока.

К недостаткам относится сильное влияние внешних магнитных полей на точность измерений, чувствительность к перегрузкам и относительно высокая стоимость.

Электродинамические приборы применяют обычно в качестве точных лабораторных приборов, а также в качестве ваттметров и счетчиков электрической энергии в цепях постоянного тока.

17.ферродинамические измерительные приборы, принцип действия, достоинства, недостатки, область применения

Работа ферродинамических приборов основана на том же принципе, что и приборов электродинамической системы. Для усиления магнитного поля в ферродинамическом измерительном механизме применен магнитопровод из ферромагнитного материала.

Ферродинамические приборы используют в качестве щитовых амперметров, ваттметров и вольтметров, работающих в условиях тряски и вибраций (например, на э. п. с. переменного тока). Кроме того, их применяют в качестве самопишущих приборов, так как они имеют значительный вращающий момент, преодолевающий трение в записывающих устройствах.

Достоинства: незначительное влияние внешних магнитных полей, большой вращающий момент, прочная конструкция, устойчивость к вибрациям и ударам, небольшая потребляемая мощность.

Недостатки: дополнительные погрешности вследствие влияния гистерезиса и вихревых токов, зависимость показаний от частоты, невысокая точность щитовых приборов – обычно 1,5; 2,0.

18 электростатические измерительные приборы, принцип действия, достоинства, недостатки, область применения

Принцип действия: основой электростатических приборов является электростатический измерительный механизм с отсчетным устройством.

Они применяются, главным образом, для измерения напряжений переменного и постоянного тока. Находят применение также электрометры — электростатические приборы специальной конструкции, требующие вспомогательных источников питания. Электрометры обладают повышенной чувствительностью к напряжению.

Достоинствами электростатических приборов являются:

малое собственное потребление мощности, что объясняется малыми токами утечки и малыми диэлектрическими потерями в изоляции, малой емкостью измерительного механизма, большой диапазон измеряемых напряжений, возможность измерений на постоянном и на переменном токе, независимость показаний от частоты в широком диапазоне и формы измеряемого напряжения, независимость показаний от внешних магнитных полей.

К недостаткам электростатических приборов можно отнести:

малую чувствительность по напряжению, влияние внешних электростатических полей, что требует экранирование измерительного механизма, неравномерную шкалу (при соответствующем выборе формы подвижных и неподвижных электродов можно получить практически равномерную шкалу на участке от 15-25 % до 100 % от ее номинального значения).

Действие приборов магнитоэлектрической системы основано на взаимодействии магнитного потока постоянного магнита и измеряе­мого тока, проходящего по обмотке подвижной катушки, помещенной в этом магнитном поле (рисунок 1).

Основными частями прибора являются постоянный магнит 2, ме­жду полюсами 1 которого укреплен ферромагнитный сердечник 3 ци­линдрической формы. Сердечник предназначен для уменьшения маг­нитного сопротивления между полюсами и обеспечения равномерного распределения магнитного потока в воздушном зазоре. В воздушном зазоре между полюсами постоянного магнита и сердечником располо­жена катушка 4, которая жестко связана с осью и стрелкой, переме­щающейся своим концом по шкале прибора. При прохождении тока через катушку возникает магнитное поле, которое взаимодействует с магнитным полем постоянного магнита.

Электромагнитный вращающий момент, действующий на катуш­ку, пропорционален силе тока и магнитной индукции в воздушном за­зоре. Так как магнитное поле в воздушном зазоре распределено равно­мерно и направлено радиально, а противодействующий момент, созда­ваемый пружинами, пропорционален углу поворота подвижной части прибора, то угловое отклонение стрелки пропорционально измеряе­мому току, то есть oc=SI, где S – чувствительность прибора.

Достоинства приборов магнитоэлектрической системы: высокая чувствительность, большая точность, относительно небольшое влияние внешних магнитных полей, малое потребление энергии, малое влияние температуры, равномерность шкалы.

Недостатки: работает только в цепи постоянного тока, чувствите­лен к перегрузкам, высокая стоимость, обусловленная сложностью конструкции.

Электроизмерительные приборы магнитоэлектрической системы предназначаются для измерения силы тока и напряжения в качестве амперметров и вольтметров. Магнитоэлектрический прибор является составной частью омметра, с помощью которого непосредственно из­меряют электрическое сопротивление.

Применяя термопреобразователи и выпрямители, магнитоэлектри­ческие приборы используют для измерений в цепях переменного тока.

Почти все технические измерения в цепях постоянного тока осу­ществляются приборами данной системы. Лишь в немногих случаях, когда значение имеет не точность, а дешевизна и надежность приборов, постоянный ток измеряется электроизмерительными приборами электромагнитной системы.

Приборы электромагнитной системы

Действие приборов электромагнитной системы основано на взаи­модействии магнитного поля тока неподвижной катушки 1 и сердечни­ка 2 из ферромагнитного материала, выполненного в форме пластины (рисунок 2). Созданное измеряемым током магнитное поле катушки намагничивает сердечник и втягивает его в катушку, поворачивая при этом стрелку, укрепленную на одной оси с сердечником.

При изменении направления тока в катушке меняются и магнит­ные полюса сердечника, следовательно, направление перемещения подвижной частей остается неизменным, и прибор оказывается пригод­ным для измерения в цепях как постоянного, так и переменного токов.

Угол поворота а стрелки прибора определяется по формуле

где I – ток, протекающий по катушке; L-индуктивность катушки; k – постоянный коэффициент.

Противодействующий момент создается пружиной 3, воздушный успокоитель 4 обеспечивает плавное перемещение стрелки.

Так как угол поворота стрелки пропорционален квадрату силы тока, а производная индуктивности катушки является величиной непо­стоянной, то шкала прибора оказывается неравномерной.

Достоинства приборов электромагнитной системы: пригодность для работы в цепях постоянного и переменного токов, простота и на­дежность конструкции, дешевизна, устойчивость к перегрузкам.

Недостатки: чувствительность к внешним магнитным полям, сравнительно большая потребляемая мощность, относительно низкие чувствительность и точность.

Область применения: в качестве амперметров и вольтметров для технических измерений.

В лабораторных приборах высокого класса точности для умень­шения влияния внешних магнитных полей применяют экранирование.