§11. Электромеханические приборы

Электромеханические приборы — СИ, в которых электрическая энергия измеряемого сигнала преобразуется в механическую энергию подвижной части.

Общая схема электромеханического прибора:

На приведенной схеме:

ИЦ (измерительная цепь): служит для преобразования входной электрической величины в другую электрическую величину.

ИМ (измерительный механизм): в нем происходит преобразование электрической энергии в механическую.

О У (отсчетное устройство): предназначено для визуального отображения результата:

Вращающий момент, приводящий стрелку ОУ в движение, равен:

,

противодействующий ему момент равен M_пр = f (α). В некоторый момент времени становится M_пр = M_вр, и стрелка ОУ останавливается.

§11.1. Классификация электромеханических приборов

По виду измеряемой величины

Амперметры, вольметры, омметры, частотометры, фазометры…

По роду электрического сигнала

Постоянного (=) или переменного (~) тока.

По способу создания противодействующего момента M_пр

1. Механические.

2. Логометры.

По способу успокоения

1. Воздушные.

2. Жидкостные.

3. Магнитоиндукционные.

По типу измерительного механизма

1. Магнитоэлектронные.

2. Электромагнитные.

3. Электродинамические.

4. Электростатические.

5. Индукционные.

6. Ферродинамические.

§11.2. Магнитоэлектрический измерительный механизм

Обозначение на шкале:

Два вида конструкции механизма

На приведенном «чертеже»

1 — полюсные наконечники постоянного магнита.

2 — цилиндрический сердечник.

3 — «рамка с током» (рамка, на которою намотан проводник определенного сечения. По проводнику течет некоторый ток.)

4 — пружина для создания противодействующего элемента.

5 — крепление подвижной части.

Замечание. Это схема для механического способа создания противодействующего момента. Логометры рассматриваются несколько позже.

Конструкция крепления

1. Керн-подпятник (для приборов среднего класса точности)

Штриховкой обозначена дырка, высверливаемая в твердом покрытии с годами.

2. «Безмоментные» растяжки

3. Подвес

Замечание. В конструкциях 2) и 3) есть арретиры, механически фиксирующие прибор в нерабочем состоянии (чтобы можно было его перевозить или переносить). При измерениях чрезвычайно важно эксплуатировать приборы вида 2) и 3) только в правильном положении (иначе испортятся).

Показания прибора

Вспомним соотношения для прибора:

.

Как известно,

где n — количество витков, S — активная площадь проводника (боковая поверхность катушки).

Тогда

где BSn/W — чувствительность измерительного механизма по току (поэтому иногда записывают α = IS_I).

Теоретически S_I = const (на практике она может незначительно меняться из-за температуры, влажности и т.п.), поэтому такие СИ имеют равномерную шкалу.

Преимущества СИ с МЭИМ

1. Равномерная шкала.

2. Высокая точность средства измерения: средний класс точности 0,1; 0,2 на постоянном токе; 1,0; 2,5 на переменном токе.

3. Высокая чувствительность:

S_I = 10⁹ ÷ 10¹³ дел./А.

4. Малое влияние внешних электромагнитных полей (благодаря малому объему и магнитному полю B ≤ 2 Тл внутри).

Недостатки

1. «Завал» АЧХ начинается с 1 Гц. Это означает почти полную непригодность для измерений с переменным током.

2. Низкая нагрузочная способность (нагрузка по току через катушку):

10 ÷ 30 мА.

3. Сложность в изготовлении.

Логометры

Логометр — это конструкция вида

Фактически, это две катушки, намотанные таким образом, что вращение идет в противоположных направлениях (моменты вращения катушек направлены противоположно) и включенныее в измерительную цепь. За счет второго момента вращения получается уравновешивание. В отличие от механического способа измерения, стрелка прибора не сдвигается, а остается на месте после отключения от источника сигнала.

Огромный плюс логометров в том, что α = F(I₁/I₂), где I₁ и I₂ — токи, текущие в первой и второй катушках. Больше ни от чего α не зависит.