Измерение электрических величин аналоговыми приборами
Аналоговыми приборами называют средства изменений показания которых являются непрерывной функцией изменений измеряемой величины. При этом их выходной сигнал (для измерительных преобразователей) или положение указывающего элемента (для измерительных приборов) является непрерывной величиной и может принимать бесконечное число значений в определенных пределах.
Электромеханический измерительный прибор включает в себя измерительную цепь и электромеханический преобразователь (исполнительный механизм). Измерительная цепь включает в себя чувствительный элемент датчика и служит для преобразования измеряемой величины в электрический сигнал, непосредственно воздействующий на исполнительный механизм. Исполнительный механизм в свою очередь преобразует этот сигнал в перемещение подвижной части (в большинстве случаев угловое), связанное с указывающем устройством, позволяющим осуществить отсчеты по шкале.
При угловом перемещении ИМ, при изменении сигнала в измерительной цепи возникает момент, который в свою очередь может зависеть как от значения измеряемой величины, так и от текущего угла его поворота
в общем случае выражение для момента может быть получено из уравнения Лагранжа второго рода
,
где We – энергия электромагнитного поля.
По способу преобразования энергии электромагнитного поля в момент приборы делятся на:
1. Магнитоэлектрические.
2. Электромагнитные.
3. Электродинамические.
4. Электростатические.
5. Индукционные.
Для
того, что бы стрелка поворачивалась на
фиксированный угол, необходимо, что бы
движущему моменту противодействовал
момент противодействия, так же зависящий
от угла поворота
.
Момент противодействия может быть
механическим или электрическим. В
последнем случае прибор называется
логометром.
Условные обозначения приборов:
При механическом создании противодействующего момента, последний создается с помощью некого упругого элемента, например пружины закручивающейся при повороте. При этом
,
где W определяется свойствами упругого элемента и называется удельным противодействующим моментом.
В логометрах противодействующий момент создается как правило тем же путем, что и вращающий момент.
При установившемся положении стрелки моменты равны, т.е.
.
В переходных режимах действует динамический момент, определяемый в том числе моментом инерции механизма и электрически инерционностьями измерительной цепи и измерительного механизма.
Угол поворота стрелки при известных выражениях для моментов аналитически определяется из уравнения
,
где Ai – параметр прибора.
Указатель прибора может представлять как стрелку, так и иные устройства, например при использовании светового способа отсчета (позволяет увеличить чувствительность).
Магнитоэлектрические измерительные приборы
Принцип действия м-э. п. основан на взаимодействии магнитного поля постоянного магнита и магнитного поля проводника с током, выполняемого обычно в виде катушки - рамки.
Уравнение для вращающего момента такого прибора имеет вид
,
где - поток постоянного магнита, сцепляющийся с обмоткой рамки; I – ток в обмотке рамки.
Поток определяется выражением
,
где
B
– магнитная индукция в зазоре;
-
площадь катушки,
rде
r
– радиус относительно оси, l
– длина; w
– число витков.
Отсюда
,
.
Чувствительность магнитоэлектрических приборов равна
.
Как видно из последнего уравнения чувствительность магнитоэлектрического прибора не зависит от угла отклонения и постоянна по всей шкале.
Последнее позволяет делать такие приборы многопредельными. Они относятся так же к наиболее точным приборам и выпускаются с классом точности до 0,1. Влияние внешних полей на эти приборы минимально, т.к. прибор имеет собственное сильное магнитное поле. Так же эти приборы обладают наибольшей чувствительностью. Для измерения переменного тока с помощью м-э приборов используются преобразователи переменного тока в постоянный.
Недостатками являются: сложность конструкции, высокая стоимость, невысокая перегрузочная способность, возможность измерений только постоянного тока.
В электромагнитных логометрах противодействующий момент создается электрически.
От угла поворота зависеть один из параметров в формуле для момента, как правило это индукция B. В общем случае
,
отсюда
,
следовательно
.