для чего в измерительном механизме электроизмерительного прибора необходим успокоитель

19.05.202319.05.2023 admin 0 Comments

Для чего в измерительном механизме электроизмерительного прибора необходим успокоитель

Установка подвижной части измерительного механизма. Устройство корректора. Схема действия электромагнитного успокоителя

В аналоговых электромеханических измерительных приборах непосредственной оценки электромагнитная энергия, подведенная к прибору из измеряемой цепи, преобразуется в механическую энергию углового перемещения подвижной части. Эти приборы состоят из электрического преобразователя, электромеханического преобразователя и отсчетного устройства.

Электрический преобразователь преобразует электрическую величину измерительной цепи (напряжение, ток, мощность, сопротивление и т. п.) в промежуточную электрическую величину (ток, напряжение, мощность), непосредственно воздействующую на измерительный механизм.

Электромеханический преобразователь преобразует электрическую величину во вращающий механический момент подвижной части.

Электрические преобразователи (шунты, выпрямители, измерительные трансформаторы, усилители и т. д.) монтируются внутрь приборов или присоединяются снаружи к их зажимам.

Отсчетное устройство состоит из стрелочного или светового указателя и шкалы. Шкалы представляют собой совокупность отметок (штрихов) с числовыми Значениями. Большинство аналоговых электромеханических приборов имеет много общих узлов и деталей и построено по общей схеме преобразования электрической величины в механический момент, перемещающий подвижную часть прибора на угол а. Общими для этих приборов являются устройства для установки подвижной части измерительного механизма, создания противодействующего момента, уравновешивания и успокоения подвижной части.

С целью свободного перемещения подвижную часть измерительного механизма устанавливают на опорах, растяжках и подвесе.

Рис. 1 Установка подвижной части измерительного механизма:

а — на опорах; б — на растяжках; в — на подвесе

При установке на опорах подвижная часть (рис. 1, а) укрепляется на оси легкой алюминиевой трубки. В концы трубки запрессовываются два заточенных с закруглением кусочка стальной проволоки, называемых кернерами 1. Кернеры опираются на агатовые или корундовые подпятники 2, завальцованные в опорный винт 3. Недостатком установки на опорах является трение в подпятниках.

В большинстве стрелочных приборов подвижная часть измерительного механизма устанавливается на растяжках (рис. 1, б), представляющих собой две тонкие ленты из бронзового сплава. Подвижная часть подвешивается на двух растяжках 1, а их концы крепятся к двум плоским пружинам 2. Растяжки служат для подвода тока в подвижную катушку, а их закручивание создает противодействующий момент.

В приборах особо высокой чувствительности (гальванометрах) подвижная часть измерительного механизма устанавливается на подвесе (рис. 1, в) — металлической или кварцевой нити 1. В большинстве этих приборов стрелку заменяет луч света от специального источника после отражения от зеркальца 2, закрепленного на подвесе. Закручивание нити подвеса создает противодействующий момент.

Рис. 2 Схема устройства корректора

В стрелочных приборах с установкой подвижной части измерительного механизма на опорах противодействующий момент создается закручиванием спиральных пружин, прикрепленных одним концом к оси, а другим к корректору (рис. 2). Корректор служит для установки стрелки на нулевое деление перед началом измерения. При поворачивании винта 1 его эксцентрический выступ 2 будет отклонять поводок 3 вправо или влево, закручивать или раскручивать спиральную пружину, т. е. поворачивать стрелку прибора влево или вправо.

Общей деталью всех электромеханических приборов является успокоитель. Хотя по своей природе успокоители разделяются на магнитоиндукционные и воздушные, однако в измерительных приборах они имеют одинаковое назначение — гашение механических колебаний подвижной части измерительного механизма. При подключении измерительного прибора в электрическую цепь подвижная часть прибора получает механический импульс и по инерции проходит положение равновесия. При этом возникает вращающий момент обратного направления и подвижная часть прибора совершает поворот в обратном направлении, процесс повторяется, т. е. подвижная часть прибора совершает колебания.

Для уменьшения времени успокоения подвижной системы применяется магнитоиндукционный успокоитель, построенный на принципе электромагнитного торможения. При движении сектора в поле магнита в секторе наводятся вихревые токи, способствующие успокоению подвижной системы.

Представим магнитное поле постоянного магнита в виде двух полюсов, а между ними вправо перемещается металлическая часть прибора (рис. 3), в которой возбуждается индукционный ток.

Рис. 3 Схема действия электромагнитного успокоителя

Направление индукционного тока определяется правилом правой руки, т.е. ток будет идти «от нас». На проводник с током в магнитном поле действует сила Ампера, направление которой определяется правилом левой руки, т. е. сила F будет направлена влево против перемещения подвижной части прибора. Когда стрелка прибора перемещается влево, сила Ампера направлена вправо, и наоборот, т. е. будет гасить колебание стрелки прибора.

Источник

Физика. 10 класс

§ 33-1. Электроизмерительные приборы магнитоэлектрической системы

Постоянный электрический ток характеризуют силой тока I, напряжением U, мощностью Р и энергией W, а электрическую цепь — электрическими величинами: сопротивлением резистора, электроёмкостью С конденсатора, индуктивностью L. Для измерения электрических величин используют следующие электроизмерительные приборы: амперметры, вольтметры, ваттметры, счётчики электрической энергии, омметры, а также фарадометры и приборы для измерения индуктивности. Как устроены электроизмерительные приборы и каков принцип их действия?

Измерительный прибор магнитоэлектрической системы устроен следующим образом ( рис. 188.1 ). На лёгкой алюминиевой рамке прямоугольной формы намотана катушка 1, состоящая из нескольких десятков витков изолированного провода. Катушка может перемещаться в узком зазоре между полюсными наконечниками N и S постоянного магнита 5 и цилиндром 2, изготовленным из магнитомягкого железа. Рамка с катушкой жёстко крепятся на двух полуосях, к одной из которых прикреплена указательная стрелка 6. Электрически изолированно одна от другой установлены две спиральные пружины 3, обеспечивающие подвод измеряемого тока к катушке и создающие противодействующий момент. Если бы в подвижной части измерительного механизма не было пружин 3, то при пропускании тока через рамку происходил бы её поворот, заканчивающийся выходом из узкого зазора между полюсными наконечниками N и S постоянного магнита 5 при любом значении силы тока. Заострённые концы полуосей (керны) опираются на подпятники из агата, рубина или другого твёрдого камня. Уравновесить подвижную часть прибора в поле тяжести при любом положении указательной стрелки помогают противовесы 4.

Используя постоянные магниты с полюсными наконечниками специальной формы и цилиндры из магнитомягкого железа ( рис. 188.3 ), можно добиться радиального направления линий индукции магнитного поля в той области, где могут перемещаться витки катушки. В результате при неизменной силе измеряемого тока остаются постоянными модуль индукции магнитного поля, модуль магнитных сил (сил Ампера), действующих на «активные» участки катушки и их плечо для любого положения катушки в секторе, предназначенном для проведения измерений. Угол поворота рамки, при котором момент сил упругости, возвращающий её в исходное положение, уравновешивает момент сил Ампера, вызывающих поворот рамки, оказывается пропорциональным силе тока в катушке, а шкала прибора — равномерной.

Успокоителем измерительного механизма магнитоэлектрических приборов является алюминиевый каркас рамки. При колебаниях катушки в магнитном поле в алюминиевом каркасе возбуждаются индукционные токи, взаимодействие которых с магнитным полем постоянного магнита создаёт тормозящий момент, успокаивающий колебания катушки и указательной стрелки.

В электроизмерительных приборах других систем подвижная часть обычно устроена примерно так же, как и в приборах магнитоэлектрической системы.

1. Как устроен электроизмерительный прибор магнитоэлектрической системы?

2. Как вела бы себя рамка с током, если бы не было пружин 3?

3. Для чего в электроизмерительных приборах нужны успокоители?

4. Какие моменты сил уравновешиваются после отклонения стрелки измерительного прибора на определённый угол?

5. Почему приборы магнитоэлектрической системы пригодны для измерения только в цепях постоянного тока?

* Ферромагнетики — это вещества, обладающие самопроизвольной намагниченностью, которая существенно изменяется под влиянием внешних воздействий — магнитного поля, деформации, температуры. ↑

Источник

Измерительные механизмы приборов

Измерительный механизм — основная часть каждого измерительного прибора.

При воздействии на измерительный механизм измеряемой или функционально связанной с ней вспомогательной величины происходит перемещение его подвижной части. По углу поворота или по линейному перемещению подвижной части определяется значение измеряемой величины.

Магнитоэлектрический измерительный механизм

Подвижная часть магнитоэлектрического измерительного механизма (рис. 7-1) состоит из прямоугольной катушки (рамки) В. Обмотка рамки из тонкой изолированной медной проволоки наложена на алюминиевый каркас. На рамке укреплены две полуоси — керны, установлен ные в опорах. На одной из полуосей. укреплены стрелка и концы спиральных пружин, через которые ток подводится к обмотке рамки.

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 дейстовать пара сил F, F (рис. 7-2). Таким образом, создаётся

Рис. 7-1. Магнитоэлектрический измерительный механизм.

вращающий момент, пропорциональный току в рамке

где Ʀ — коэффициент пропорциональности.

Под действием этого момента рамка повернется на угол α, при котором вращающий момент уравновесится про тиводействующим моментом пружин, Последний пропорционален углу закручивания пружин M_пр = Dα

где D — коэффициент пропорциональности. Из равенства вращающего и противодействующего моментов

находим выражение угла поворота рамки α = (Ʀ/D)I

из которого следует, что угол поворота пропорционален току.

Рис. 7-2. Получение вращающего момента в магнитоэлектрическом измерительном механизме

Ток в катушке измерительного механизма

где С = D/Ʀ 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.

В магнитоэлектрическом измерительном механизме успокоителем является алюминиевый каркас рамки. При повороте подвижной части изменяется магнитный поток, пронизывающий каркас. В каркасе индуктируются токи, взаимодействие которых с магнитным полем магнита создает тормозной момент, обеспечивающий успокоение.

Рассматриваемый измерительный механизм в связи с малым сечением пружин и проволоки обмотки изготовляется на малые номинальные токи 10—100 ма и меньше.

При включении магнитоэлектрического измерительного механизма рассмотренной конструкции в цепь переменного тока вращающий момент будет изменяться пропорционально мгновенному значению тока. При таком быстром изменении момента вследствие инерции подвижная часть не успеет следовать за изменением момента и она отклонится на угол, пропорциональный среднему за период значению вращающего момента. При синусоидальном токе среднее значение тока, а следовательно, и момента равно нулю и подвижная часть не отклонится. Таким образом, рассмотренный измерительный механизм пригоден только для измерений в цепи постоянного тока.

Электромагнитный измерительный механизм

Электромагнитный измерительный механизм показан на рис. 7-3. Он состоит из неподвижной катушки А и подвижной части — стального сердечника Б, указательной стрел ки, пружины и секторообразного алюминиевого листка В успокоителя, укрепленных на одной оси. Измеряемый ток, проходя по неподвижной катушке, создает магнитное пате, которое намагничивает сердечник Б и втягивает его внутрь катушки. По углу поворота сердечника определяют величину тока в катушке.

Рис. 7-3. Электромагнитный измерительным механизм

При движении листка В успокоителя в магнитном поле Магнита М в нем индуктируются вихревые токи. Взаимодействием этих токов с полем магнита создается тормозной момент, обеспечивающий успокоение.

Электромагнитный измерительный механизм применим для цепей постоянного и переменного тока, так как втягивание сердечника в катушку не зависит oт направления тока.

Вследствие влияния остаточной индукции сердечника втягивание сердечника, а следовательно, и показание измерительного механизма может быть различным при одинаковых значениях тока при увеличении тока и при уменьшении его. Следовательно, возможна погрешность от остаточной индукции. Для уменьшения этой погрешности сердечники изготовляют из пермаллоя, остаточная индукция которого ничтожна.

Для уменьшения погрешности от внешних полей измерительный механизм окружают стальными экранами или кожухами. Для той же цели применяют астатические измерительные механизмы с двумя последовательно соединенными катушками и соответственно с двумя сердечниками на одной оси. Измеряемый ток создает в катушках поля противоположного направления. Внешнее однородное поле уменьшает магнитное поле одной катушки и настолько же увеличивает поле второй катушки, таким образом, результирующее влияние внешнего поля будет ничтожным.

Электродинамический измерительный механизм

При прохождении тока I₁ по неподвижной катушке и тока I₂ по подвижной катушке между ними возникает электродинамическое взаимодействие. В результате на подвижную катушку будет действовать пара сил FF (риc. 7-5), т. е. вращающий момент. Поворот подвижной катушки происходит до тех пор, пока вращающий момент не уравновесится противодействующим моментом пружин.

При постоянном токе вращающий момент и угол поворота подвижной катушки пропорциональны произведению токов в катушках

При переменном токе мгновенный вращающий момент пропорционален произведению мгновенных значений токов, а средний за период вращающий момент и пропорциональный ему угол поворота подвижной катушки определяются произведением действующих значений токов в катушках и косинусу угла сдвига между ними, т.е.

Рис. 7-4. Электродинамический измерительный механизм.

До этому углу поворота, как будет показано ниже, определяют значение измеряемой величины.

Отсутствие стали в измерительном механизме, а следовательно, и погрешности от остаточной индукции обеспечи вают возможность изготовить эти механизмы для измерений высокой точности.

Для уменьшения погрешностей от внешних магнитных полей, обусловленных слабым магнитным полем измерительного механизма, применяются те же средства, что и для электромагнитных измерительных механизмов.

Слабому магнитному полю соответствует слабый вращающий момент и, следовательно, для получения высокой точности необходимо уменьшить погрешность от трения. Это достигается уменьшением веса по движной части и безупречной обработкой осей и опор. Кроме того, поперечное сечение пружин и провода подвижной катушки мало, поэтому электродинамический измерительный чувствителен к перегрузке.

Рис. 7-5. Получение вращающего момента в электродинамическом измерительном механизме.

Ферродинамический измерительный механизм

Принцип работы этого измерительного механизма тот же, что и электродинамического. Он отличается от последнего наличием стального сердечника из листовой стали, на который наложена неподвижная катушка, и неподвижного цилиндра из той же стали, который охватывается подвижной катушкой (рис. 7-6).

Рис. 7-6. Ферродинамический измерительный механизм.

Стальной магнитопровод усиливает поле измерительного механизма, вследствие чего увеличивается вращающий момент, что приводит к более прочной конструкции и уменьшает влияние внешних магнитных полей на показание измерительного механизма. Применение стали увеличивает погрешности от остаточной индукции и вихревых токов в магнитопроводе.

Статья на тему Измерительные механизмы приборов

Электроизмерительные приборы (Учебное пособие)

Описание презентации по отдельным слайдам:

Описание слайда:

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
Тема 9 Электрические измерения

Описание слайда:

Электроизмерительные приборы — класс устройств, применяемых для контроля электрических цепей путем измерения различных электрических величин, их испытания и учета расхода электрической энергии.

В группу электроизмерительных приборов входят также кроме измерительных приборов и другие средства измерений — меры, преобразователи, комплексные установки.

Описание слайда:

Наиболее существенным признаком для классификации электроизмерительной аппаратуры является измеряемая или воспроизводимая физическая величина, в соответствии с этим приборы подразделяются на ряд видов:
1.амперметры — для измерения силы электрического тока;
2.вольтметры — для измерения электрического напряжения;
3.омметры — для измерения электрического сопротивления;
4.мультиметры (иначе тестеры, авометры) — комбинированные приборы
5.частотомеры — для измерения частоты колебаний электрического тока;
Классификация электроизмерительных приборов

Описание слайда:

Наиболее существенным признаком для классификации электроизмерительной аппаратуры является измеряемая или воспроизводимая физическая величина, в соответствии с этим приборы подразделяются на ряд видов:
6.ваттметры и варметры — для измерения мощности электрического тока;
7.электрические счётчики — для измерения потреблённой электроэнергии и множество других видов.
8.магазины сопротивлений — для воспроизведения заданных величин сопротивлений;