вторая. АНАЛОГОВЫЕ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ

ОБЩИЕ СВОЙСТВА И ЭЛЕМЕНТЫ ПРИБОРОВ

Электромеханический измерительный прибор прямого действия представляет собой аналоговый прибор, в котором положение подвижной части зависит от значения измеряемой величины. В таком приборе происходит одно или несколько преобразований сигнала измерительной информации от входа к выходу без применения обратной связи. Независимо от назначения и принципа действия такие приборы состоят из измерительной цепи (рис. 2.1), измерительного механизма и отсчетного устройства.

Обобщенная структурная схема электромеханического прибора прямого преобразования

Рис. 2.1. Обобщенная структурная схема электромеханического прибора прямого преобразования

Измерительная цепь — совокупность элементов измерительного прибора, образующих непрерывный путь прохождения измерительного сигнала одной физической величины от входа к выходу. В измерительной цепи происходит одно из ряда преобразований измеряемой величины х в функционально связанную с ней электрическую величину (например, во вращающий момент Мвр).

Измерительный механизм — часть элементов прибора, которая вызывает необходимое перемещение его указателя (стрелки, светового пятна и др.). В измерительном механизме магнитная (или электростатическая) энергия, пропорциональная измеряемой величине, преобразуется в механическую энергию, вызывающую перемещение подвижной части.

Отсчетное устройство — часть элементов прибора, показывающая значение измеряемой величины.

Общие элементы аналоговых электромеханических приборов — корпус, неподвижная и подвижная части, противодействующие устройства, успокоитель, отсчетное устройство, корректор и арретир.

Корпус прибора необходим для крепления всех элементов и их предохранения от внешних воздействий. Корпус выполняют различной формы из металла, пластмассы или дерева.

Неподвижная часть большинства приборов представляет собой катушку, намотанную на магнитопроводе или без него. В некоторых приборах неподвижную часть выполняют в виде постоянного магнита или проводника (ферромагнитного сердечника в виде пластины).

Подвижную часть приборов выполняют в виде постоянного магнита, катушки или проводника (диска). Для возможности перемещения подвижной части вокруг своей оси ее крепят в опорах или свободно подвешивают к корпусу. Опоры и подвесы могут быть различных конструкций в зависимости от типа и назначения прибора.

Для создания противодействующего момента большинство приборов снабжено (иногда токопроводящими) спиральными или ленточными пружинами, закрепленными между подвижной и неподвижной частями. Особенностью спиральных пружин является прямая связь создаваемого противодействующего момента и угла закручивания. Применение подвесов, выполненных в виде ленточных противодействующих пружин, позволяет увеличить чувствительность прибора за счет максимального уменьшения трения в механизме. Противодействующие пружины изготовляют из упругих металлов оловянно-цинковой и бериллиевой бронзы или платиносеребряных и алюминиевых сплавов.

Успокоитель используют для обеспечения необходимого времени успокоения подвижной части прибора при его включении или изменении входного сигнала. В электромеханических приборах применяют воздушные, магнитоиндукционные или жидкостные успокоители. Воздушный успокоитель представляет собой закрытую камеру, в которой перемещается легкое алюминиевое крыло (или поршень), соединенное с осью подвижной части. Успокоение подвижной части происходит вследствие торможения из-за перепада давлений в камере при перемещении подвижной части. Магнитоиндукционный успокоитель состоит из постоянного магнита, между полюсами которого перемещается укрепленный на подвижной части прибора сердечник из немагнитного материала (или короткозамкнутый проводник). Успокоение подвижной части происходит за счет взаимодействия тока, индуктируемого в сердечнике, с полем постоянного магнита. Такие успокоители просты и надежны. Однако их применяют в приборах, на магнитные цепи которых не влияет магнитное поле успокоителя. Принцип действия жидкостного успокоителя основан на вязких свойствах невысыхающих жидкостей. Успокоитель состоит из двух дисков, один из которых прикреплен к подвижной части прибора, а другой — к неподвижной. В пространстве между дисками, не превышающем нескольких долей миллиметра, за счет сил поверхностного натяжения удерживается полиметилсилоксановая жидкость. Успокоение подвижного диска происходит за счет вязкости жидкости и трения между ее слоями. Применение жидкостных успокоителей позволяет уменьшить массу и габаритные размеры электромеханических приборов.

Отсчетное устройство электромеханического прибора состоит из одной или нескольких шкал и указателя. Шкала — это часть от- счетного устройства, представляющая собой упорядоченный ряд отметок, соответствующих последовательному ряду значений величины. Характер шкалы зависит от вида связи вращающего момента с полученной после преобразования в приборе электрической величиной. Если эта связь линейная, шкала прибора равномерная, а при нелинейной связи — неравномерная (степенная, логарифмическая и др.). Кроме того, шкалы выполняют нулевыми или безнулевыми, а в зависимости от расположения нулевой отметки — симметричными, несимметричными, одно- и двухсторонними.

Указатель представляет собой часть отсчетного устройства, положение которого относительно отметок шкалы определяет показание прибора. Указатели — это стрелочные, световые и цифровые индикаторы. В световых указателях используют оптические устройства, проецирующие световой луч при помощи зеркал на неподвижную шкалу прибора. В интегрирующих электромеханических приборах применяют цифровые индикаторы, представляющие собой роликовый счетный механизм — счетчик оборотов. Для работы таких индикаторов требуется дополнительная энергия, что увеличивает потребление мощности прибором.

Корректор в электромеханическом приборе необходим для установки указателя против нулевой отметки шкалы при отсутствии сигнала на входе. Корректор выполняют в виде поводка, связанного с подвижной частью механизма.

Арретир предназначен для закрепления или короткого замыкания цепи подвижной части электромеханического прибора при его транспортировке или монтаже.

Взаимодействие электромагнитных (или электростатических) полей, возникающих в механизме прибора при его включении, создает вращающий момент, действующий на подвижную часть. Значение этого момента зависит от полученной после преобразования электрической величины у и взаимного расположения подвижной и неподвижной частей механизма:

Мвр = у"Г( а) = <0?эШ, (2.1)

где п — коэффициент, зависящий от типа прибора в большинстве случаев равный 1 и 2; (Н?г/с1а — производная электромагнитной энергии по углу перемещения подвижной части; а — угол между исходным (при включении прибора) и текущим положениями указателя.

При воздействии на подвижную часть прибора только вращающего момента невозможно определить измеряемую величину, так как указатель будет перемещаться на максимальный (бесконечный) угол. Чтобы угол отклонения указателя от исходного состояния зависел от значения измеряемой величины, необходим противодействующий момент, возрастающий с увеличением этого угла.

В электромеханических приборах противодействующий момент создается двумя способами:

а) спиральными пружинами или нитями (растяжками или подвесами), один конец которых прикрепляют к подвижной, а другой — к неподвижной части механизма. В этом случае противодействующий момент пропорционален углу закручивания пружины или растяжки (подвеса):

Мп р = аЖ, (2.2)

где IV— удельный противодействующий момент пружины, зависящий от ее размеров и материала;

б) за счет взаимодействия поля катушки и поля постоянного магнита.

Таким образом, под действием вращающего момента, возникающего в измерительном механизме, закручивается (или раскручивается) противодействующая пружина или изменяется энергия поля, что вызывает перемещение подвижной части (и указателя). Перемещение подвижной части прибора прекратится, когда вращающий момент станет равным противодействующему:

^вр (2.3)

При достижении этого равенства подвижная часть и указатель устанавливаются в положение, соответствующее измеряемой величине.

При изменении входного сигнала соответственно изменится и вращающий момент, что приведет к нарушению равенства (2.3). В этом случае подвижная часть (и указатель) под действием разности моментов будет перемещаться в ту или иную сторону до равенства моментов. Время, необходимое для перемещения подвижной части и установления показания, называют временем установления показаний прибора. Для уменьшения времени установления показаний служат успокоители.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >