Министерство Образование
и науки Российской Федерации
ГОУ СПО «Комсомольский-на-Амуре
Металлургический техникум»
Контрольная работа №16 предмету
«Электрические измерения»
Выполнил: Реуцкий А.С.
Проверил: Боцманова Н.В.
2012
Измерительные механизмы
Измерительный механизм —
совокупность элементов средства измерений,
которые обеспечивают необходимое
перемещение указателя (стрелки, светового
пятна и т. д.) Измерительный механизм
часть конструкции электроизмерительного
стрелочного прибора, состоящая из элементов,
взаимодействие которые вызывает их взаимное
перемещение. Значение намеряемой величины
определяется по углу поворота подвижной
части измерительного механизма. Наиболее
распространены магнитоэлектрический,
электромагнитный и ферродинамический
измерительные механизмы.
Магнитоэлектрический механизм
Магнитоэлектрический измерительный
механизм выполнен в виде постоянного
магнита , снабженного полюсными наконечниками,
между которыми укреплен стальной сердечник.
В кольцеобразном воздушном зазоре, образованном
полюсными наконечниками и сердечником,
помещена подвижная катушка , намотанная
на алюминиевый каркас. Катушка выполнена
из очень тонкого провода и укреплена
на оси, связанной со стрелкой спиральными
пружинами или растяжками. Через эти же
пружины или растяжки осуществляется
подвод тока к катушке. При прохождении
тока по катушке на каждый из ее проводников
будет действовать электромагнитная сила.
Суммарное действие всех электромагнитных
сил создает вращающий момент , стремящийся
повернуть катушку и связанную с ней стрелку
прибора на некоторый угол. Так как индукция
магнитного поля, создаваемого постоянным
магнитом, неизменна и не зависит от тока,
постоянная величина, зависящая от конструктивных
параметров данного прибора (числа витков
катушки, ее размеров, индукции в воздушном
зазоре).Повороту подвижной части измерительного
механизма препятствует противодействующий
момент, создаваемый спиральными пружинами
или растяжками. Этот момент пропорционален
углу закручивания, т. е. углу поворота
подвижной части. Поворот подвижной части
измерительного механизма и стрелки будет
продолжаться до тех пор, пока вращающий
момент, создаваемый током, не уравновесится
противодействующим моментом. Магнитоэлектрические
приборы имеют равномерную шкалу. Постоянная
величина называется чувствительностью
прибора, она характеризуется углом поворота
стрелки в градусах или в делениях шкалы,
приходящимся на единицу изменения измеряемой
величины. Величина обратная чувствительности
называется постоянной прибора, или ценой
деления. Если умножить отсчет по шкале
на цену деления прибора, то можно определить
значение измеряемой величины. Для устранения
колебаний подвижной системы прибора
при переходе стрелки из одного положения
в другое электроизмерительные приборы
снабжают воздушными или магнитно-индукционными
демпферами. Воздушный демпфер выполнен
в виде цилиндрической камеры, внутри
которой перемещается крыло в виде поршня,
связанного с подвижной системой. При
перемещении подвижной части происходит
торможение движущегося в камере крыла,
и колебания подвижной части быстро затухают.
Магнитно-индукционный демпфер выполнен
в виде неподвижного постоянного магнита,
который при повороте подвижной системы
прибора индуцирует вихревые токи в металлическом
(алюминиевом) секторе, установленном
на оси прибора. Взаимодействие этих токов
с магнитом создает согласно правилу Ленца
силу, тормозящую подвижную систему и
обеспечивающую быстрое затухание колебаний
стрелки. В магнитоэлектрических приборах
роль демпфера выполняет алюминиевый
каркас катушки. При повороте подвижной
части прибора изменяется магнитный поток,
пронизывающий каркас катушки. Благодаря
этому в каркасе индуцируются вихревые
токи, взаимодействие которых с магнитным
полем магнита создает тормозной момент,
обеспечивающий быстрое успокоение подвижной
части. Для того чтобы любой электроизмерительный
прибор обеспечил требуемую точность
измерений, необходимо, чтобы отклонение
подвижной системы прибора определялось
только вращающим моментом, создаваемым
катушкой, и противодействующим усилием
пружины. Для устранения влияния силы
тяжести, создающей погрешности при измерениях,
подвижную систему прибора уравновешивают
противовесами представляющими собой
стержни с перемещающимися по ним грузиками.
Для уменьшения влияния трения оси приборов
снабжают тщательно отполированными стальными
наконечниками, выполненными из материала
с высокой износостойкостью (закаленная
сталь, вольфрамо-молибденовый сплав и
пр.). Наконечники вращаются в подпятниках
выполняемых с вкладышами из корунда,
агата, рубина и т. п. Зазоры между наконечниками
и подпятником регулируются стопорным
винтом. Электроизмерительные приборы
обычно снабжают корректором — приспособлением,
позволяющим устанавливать стрелку в
нулевое положение. Корректор состоит
из винта, выходящего из корпуса, и поводка,
при помощи которых можно смещать на некоторое
расстояние точку закрепления спиральной
пружины создающей противодействующее
усилие. В большинстве современных электроизмерительных
приборов подвижная часть подвешивается
на двух растяжках упругих металлических
лентах, которые служат для подвода тока
к катушке прибора и одновременно создают
противодействующий момент. Растяжки
прикреплены к двум плоским пружинам
расположенным во взаимно перпендикулярных
плоскостях. Кроме рассмотренного выше
измерительного механизма с внешним (по
отношению к катушке) постоянным П-образным
магнитом, существуют механизмы с магнитами
другой формы (цилиндрической, в виде призмы,
а также с внутрирамочными неподвижными
и подвижными магнитами).
Достоинством приборов магнитоэлектрической
системы являются равномерность
шкалы, высокая точность и независимость
показаний от посторонних магнитных
полей. К недостаткам их относятся
непригодность для измерения
переменного тока, необходимость
соблюдения полярности при включении
и чувствительность к перегрузкам
(при перегрузке тонкая проволока катушки
и спиральные пружины, подводящие к ней
ток, могут сгореть).
Электромагнитный механизм
Электромагнитный механизм
– это электромагнитная система,
подвижная часть которой совершает
полезную работу при перемещении. Причем
это перемещение происходит вследствие
изменения или перераспределения
магнитного потока (электромагниты, электромагнитные
муфты и др.). Электромагнитным устройством
называют электромагнитную систему, в
обмотках которой при изменении и распределении
магнитного потока изменяется величина
тока и напряжения (силовые измерительные
трансформаторы, дроссели, магнитные усилители
и др.). Следовательно, электромагнитные
механизмы предназначены для преобразования
магнитной энергии в механическую. Электромагнитные
механизмы классифицируются следующим
образом:
· по способу действия –
удерживающие, притягивающие;
· по тепловому режиму работы
– механизмы длительного, кратковременного
и повторно-кратковременного режима;
· по току – постоянного
и переменного тока;
· по конструкции магнитопровода
– с замкнутым магнитопроводом, с разомкнутым
магнитопроводом;
· по способу включения
катушки – с параллельной катушкой,
с последовательной катушкой.
К электромагнитным механизмам
предъявляются следующие требования.
Катушка электромагнита должна: обеспечивать
включение электромагнитного механизма
в худших условиях (нагретом состоянии
и при пониженном напряжении); не
перегреваться во всех режимах; быть
минимальной по размеру и технологичной;
механически прочной; иметь соответствующий
класс изоляции согласно условиям эксплуатации.
При расчете электромагнита должны быть
определены: сопротивление, число витков
и диаметр провода. В электромагнитных
механизмах магнитная цепь имеет подвижную
часть (якорь). При перемещении якорь совершает
полезную работу и притягивается к сердечнику.
Ярмо – не-подвижная часть магнитной цепи,
соединяющая сердечник и якорь или несколько
сердечников. Расстояние между якорем
и сердечником, называется рабочим воздушным
зазором. Создаваемый обмоткой полный
магнитный поток состоит из потока. Рабочий
магнитный поток, который проходит вдоль
всей магнитной цепи лишь частично и замыкается
по воздуху через расположенные поблизости
детали конструкции потока. Поток рассеяния,
который с увеличением воздушного зазора
и повышением насыщения магнитной цепи
увеличивается. Главный рабочий поток,
который проходит через рабочий воздушный
зазор (именно этот поток обусловливает
возникновение механических сил, вызывающих
перемещение якоря). По конструкции катушка
может быть каркасная или бескаркасная,
наматываться на съемный шаблон. Сердечник
и ярмо электромагнита, образующие магнитопровод,
выполняются из магнитомягких материалов
с узкой петлей гистерезиса и высокой
магнитной проницаемостью.
Ферродинамические механизмы
Ферродинамические измерительные
механизмы принципиально подобны
электродинамическим, но их катушки имеют
магнитопроводы из ферромагнитных материалов.
Приборы применяют для измерений силы
тока, напряжения, мощности и фазы в сетях
переменного тока промышленной ( 50 Гц)
и повышенной частоты. Благодаря большому
вращающему моменту их используют в самопишущих
амперметрах, вольтметрах, ваттметрах
и фазометрах. Ферродинамический измерительный
механизм изготовляют как с внешним, так
и внутрирамочным возбуждением. Основными
преимуществами ферродинамической системы
по сравнению с электродинамической является
увеличение вращающего момента и значительное
уменьшение влияния внешнего магнитного
поля. К недостаткам следует отнести большие
погрешности, различие показаний на постоянном
и переменном токах и узкий диапазон частотной
применимости. Ферродинамический измерительный
механизм отличается от электродинамического
механизма тем, что его неподвижные катушки
имеют магнитопровод из магнитомягкого
листового материала, позволяющий существенно
увеличивать магнитный поток, а следовательно,
и вращающий момент. Ферродинамические
измерительные механизмы широко применяют
также в самопишущих приборах. Ферродинамический
измерительный механизм прибора типа
Д 323 с подвижной частью на растяжках, помещен
в пластмассовый корпус пыле и брызгозащищенного
исполнения. Прибор имеет жидкостный успокоитель.
В ферродинамических измерительных механизмах
неподвижная катушка имеет магнитопровод
из магнитномягкого материала, вследствие
чего сильно возрастает магнитный поток
неподвижной катушки и, следовательно,
вращающий момент механизма. В ферродинамических
измерительных механизмах неподвижная
катушка имеет магнитопровод из магнитно-мягкого
материала, вследствие чего возрастает
ее магнитный поток и, следовательно, вращающий
момент механизма. показано устройство
ферроди-намического измерительного механизма.
Вращающий момент ферродинамического
измерительного механизма возникает в
результате взаимодействия подвижной
катушки с током и потока, создаваемого
неподвижными катушками. Вращающий момент
в электродинамических и ферродинамических
измерительных механизмах возникает в
результате взаимодействия магнитных
полей неподвижных и подвижной катушек
с токами.