Электроизмерительные приборы предназначены для измерения параметров, характеризующих:
- 1) процессы в электрических системах: токов, напряжений, мощностей, электрической энергии, частот, сдвигов фаз. Для этого используются амперметры, вольтметры, ваттметры, частотомеры, фазомеры; счетчики электрической энергии;
- 2) элементы электрических систем: сопротивлений резисторов, емкостей конденсаторов, индуктивностей катушек индуктивности. Для этого используются омметры, измерители емкостей и индуктивностей.
Измерительный прибор, показания которого являются непрерывной функцией измеряемой величины, называется аналоговым прибором. Если же показания прибора представлены в цифровой форме, то прибор называется ц и ф р о в ы м.
Наиболее часто значение измеряемой величины определяют непосредственно по отсчетному устройству. Этот метод называется методом непосредственного измерения (или непосредственного отсчета), непосредственной оценки.
Большинство электроизмерительных приборов состоит из двух основных частей: измерительного механизма и электрической цепи.
В измерительном механизме электрическая энергия преобразуется в механическую энергию перемещения подвижной части прибора, причем это перемещение пропорционально измеряемой величине.
В электрической цепи происходит преобразование измеряемой величины в другую, непосредственно воздействующую на измерительный механизм. Это преобразование происходит как в количественном, так и в качественном отношении. Количественное изменение измеряемой величины имеет место, например, при расширении пределов измерения измерительного прибора, а качественное — при изменении рода измеряемой величины в соответствии с прйнципом действия измерительного механизма, например при измерении в цепях переменного тока прибором, способным измерять постоянный ток. В качестве примера рассмотрим электромагнитный вольтметр (рис. 4.1.1).
Конструктивно измерительный механизм состоит из двух частей: подвижной и неподвижной. Подвижная часть большинства измерительных приборов имеет ось. На ней укрепляются рабочий элемент (диск, сердечник, катушка) и указатель (стрелка).
Для того чтобы каждому значению измеряемой величины соответствовал строго определенный угол поворота подвижной части прибора, устанавливается противодействующая пружина. Один конец пружины соединяется с осью, а другой — с поводком корректора, что дает возможность выставлять указатель прибора перед каждым измерением на нулевую отметку. Электрическая цепь рассматриваемого прибора образована катушкой и дополнительным резистором, с помощью которого производится расширение пределов измерения измерительного механизма.
Измерение электрических и магнитных величин
... 2 Классификация методов и приборов измерения электрических и магнитных величин Измерение любого вида электрических и магнитных величин может быть осуществлено различными методами и средствами измерения в зависимости от условий измерения, вида измеряемой величины, требуемой точности и т.д. ...
При прохождении тока по катушке происходит намагничивание сердечника и его втягивание в катушку, что вызывает появление вращающего момента М, поворот подвижной части прибора и закручивание пружины. Возникает противодействующий момент (М а ), пропорциональный углу поворота (а ):
где D — удельный противодействующий момент, характеризующий жесткость пружины.
Если вращающий момент М, возникающий в любом измерительном механизме, представить в виде некоторой функции от значения измерямой величины х М = ft (x), то для равновесного положения подвижной части измерительного механизма (что имеет место в момент измерения) можно написать:
или
откуда т. е. угол поворота указателя является некоторой функцией от значения измеряемой величины. Очевидно, чем больше вращающий момент, тем на больший угол будет закручена пружина при равновесном положении системы. В простейшем случае, например для приборов магнитоэлектрической системы, вращающий момент прямо пропорционален значению измеряемой величины:
Поэтому угол поворота подвижной части для таких приборов прямо пропорционален измеряемой величине:
и шкала таких приборов оказывается равномерной. Воспользовавшись последним выражением, введем некоторые определения, которые будут справедливы для любых электроизмерительных приборов. Из этого выражения следует, что.
где С — некоторая постоянная для данного прибора величина, которая получила название постоянной прибора. Очевидно, постоянная прибора есть величина, на которую нужно умножить отсчет, выраженный в делениях, чтобы получить значение измеряемой величины.
Постоянная прибора численно равна измеряемой величине, соответствующей перемещению указателя на одно деление шкалы прибора:
Величина, обратная постоянной прибора, называется чувствительностью прибора:
Эта величина равна перемещению указателя при единичном значении измеряемой величины.
До сих пор мы полагали, что на подвижную часть прибора действуют только два момента: вращающий М и противодействующий Ма . В действительности же всегда существует трение. Силы трения направлены в сторону, противоположную движению, и они создают момент сил трения, препятствующий движению. Экспериментально доказано, что момент сил трения связан с весом подвижной части прибора следующей зависимостью:
где G — вес подвижной части прибора. Поэтому, если трение отсутствует, то при измерении величины х указатель останавливается в положении а]у а при наличии трения и движении указателя слева направо он не достигает отметки а, и останавливается в положении а [ (рис. 4.1.2).
Диагностика и ремонт экипажной части тепловоза ЧМЭ
... остовы тяговых электродвигателей и ... величины остаточной потребительной стоимости её работоспособной части становится очевидной целесообразность восстановления ресурса за счет капитального ремонта. Многолетний опыт показывает, что в среднем ресурс тягового подвижного ... затрат на регламентированный объем работ, необходимость ... состоянии на текущий момент. Однако ... на поддержание работоспособности, т.е. на ...
В этом случае вращающий момент А/, соответствующий значению измеряемой величины ЛГ, будет уравновешивать не только противодействующий момент Л/ а , но и момент сил трения:
При движении указателя к отметке а, справа налево он также ее не достигнет и остановится в положении а» . В этом случае вращающий момент М будет меньше противодействующего момента пружины на величину момента сил трения [10, «https:// «].
Таким образом, из-за трения возникает погрешность угла отклонения указателя на величину ±Д а , так как указатель к положению равновесия может подойти как с правой, так и с левой стороны. Приведенная погрешность угла отклонения определяется известным отношением.
где а и — предельное значение угла отклонения стрелки. Учитывая, что погрешность угла Да пропорциональна Mw , а номинальное значение угла пропорционально номинальному противодействующему моменту, последнее равенство можно переписать так:
т.е. погрешность измерения тем меньше, чем меньше момент сил трения и чем больше противодействующий момент пружины, т. е. чем сильнее (жестче) пружина, тем меньше погрешность измерения. Этот несколько неожиданный вывод можно иллюстрировать графически: на рисунке 4.1.3 представлены графики противодействующих моментов двух пружин разной жесткости М’а и М», а также вращающий момента ЛГ, для значения измеряемой величины JC, при одном и том же моменте сил трения М тр .
Но нс следует забывать, что чувствительность прибора с увеличением жесткости пружины также уменьшается. Поэтому следует выбирать пружины с оптимальной жесткостью. Что же касается момента сил трения, то желательно его иметь как можно меньшего значения. А этого можно достичь не только путем уменьшения веса подвижной части прибора, но и путем использования различных видов установки подвижной части прибора, которая выполняется на опорах (кернах), растяжках и подвесе. Для уменьшения погрешности от трения площадь соприкосновения между керном и подпятником должна быть малой (рис. 4.1.4, а).
Однако это ведет к возникновению больших давлений в подпятнике (до 5×10 3 МПа) и его разрушению, поэтому уменьшение веса подвижной части способствует сохранению опор в приборе. Существенное уменьшение момента сил трения можно получить при установке подвижной части на растяжках (рис. 4.1.4, б). В этом случае нет трения между подвижными и неподвижными деталями, однако возникает «внутреннее трение» при деформации растяжек. При прочих равных условиях момент сил трения при установке подвижной части прибора на растяжках меньше, чем при ее установке на опорах. Конструктивно это выглядит так: к рамке прикреплены (с помощью клея) две буксы, а к ним припаяны растяжки, которые соединены с концами обмотки рамки.
Противоположные концы растяжек припаивают к пружинам натяга. Для предотвращения обрыва растяжек при сотрясениях прибора в конструкции предусмотрены предохранительные опоры, препятствующие боковому и осевому смещению рамки. В этой конструкции противодействующий момент создается самими растяжками при их закручивании.
Приборы для измерения электрического напряжения и тока магнитоэлектрического, ...
... В момент равновесия М = Мпр, откуда получим: б= (c1/c2) I = kI Следовательно, угол поворота, а подвижной части пропорционален измеряемому току I. Поэтому магнитоэлектрические приборы имеют равномерную шкалу. чувствительностью прибора постоянной прибора ...
Установка подвижной части на подвесе (рис. 4.1.4, в) применяется в гальванометрах. Противодействующий момент создается только верхней подвеской. Снизу рамка соединяется свободно висящей ленточкой, которая не создает противодействующего момента. Такая ленточка получила название безмоментной подвески.
Подвижная часть каждого измерительного механизма независимо от ее установки представляет собой механическую колебательную систему. Поэтому в момент измерения подвижная часть прибора будет довольно длительное время совершать колебания около положения равновесия, что затрудняет отсчет. Для гашения колебаний применяются различного вида успокоители: воздушные (рис. 4.1.5), жидкостные (рис. 4.1.6) и магнитоиндукционные (рис. 4.1.7).
Воздушный успокоитель имеет поршенек (крылышко), который перемещается без трения в камере прямоугольного или кругового сечения (между поршеньком и стенками камеры существуют зазоры).
Преодолевая сопротивление воздуха, поршень расходует энергию колебательной системы и останавливается. Принцип действия магнитоиндукционного успокоителя состоит в том, что при движении в поле магнитов в алюминиевом каркасе рамки, который представляет собой короткозамкнутый виток (рис. 4.1.7, б), или в лепестке, связанном с подвижной частью (рис. 4.1.7,а, в), возникают.
вихревые токи. Взаимодействие их с полем приводит к появлению сил, тормозящих движение рамки и лепестка.
В ряде измерительных механизмов используются постоянные магниты. Такие механизмы делятся на механизмы с внешним магнитом (рис. 4.1.8) и с внутрирамочным магнитом (рис. 4.1.9).
Подвижная рамка расположена в зазоре между полюсным наконечником и цилиндром механизма с внешним магнитом и охватывает магнит в механизме с внутрирамочным магнитом. Чтобы уменьшить влияние внешних магнитных полей на показания прибора, желательно увеличить индукцию магнитного поля в воздушном зазоре. В настоящее время магниты изготавливаются из никель-алюминий-кобальтовых сталей типа альни, альнико, магнико. Эти магниты позволяют получить индукцию в воздушном зазоре магнитной системы порядка 0,2…0,3 Тл.
В щитовых приборах часто используется конструкция измерительного механизма с внутрирамочным магнитом. Применение такого магнита существенным образом уменьшает габариты измерительного механизма. В воздушном зазоре магнитной системы измерительного механизма с внешним магнитом при одинаковой толщине этого зазора магнитная индукция распределена неравномерно. Различное значение магнитной индукции объясняется различной длиной магнитных силовых линий. Для выравнивания магнитной индукции магнитные полюса снабжают полюсными наконечниками специальной формы.
