5. Общее сведения об электромеханических приборах.

Электромеханические приборы применяют для измерения тока, напряжения, мощности, сопротивления и других электрических ве­личин в цепях постоянного и переменного тока низкой частоты. Широко используют их в качестве выходных устройств приборов для измерения магнитных величин, параметров радиотехнических сигналов, характеристик электрических цепей.

Электромеханические приборы, как правило, состоят из про­стейшей схемы преобразования измеряемой величины и измери­тельного механизма.

Такой прибор можно представить в виде трех узлов:

ОУ – отсчетное устройство. ИЦ – измерительная цепь. ИМ – измерительный механизм

ИЦ служит для преобразования измеренной величины в другую, непосредственно воздействующую на ИМ. Это преобразование может быть количественное и качественное.

Измерение очень больших и очень малых величин – это количественное преобразование.

Измерения напряжения резистора (падения напряжения) это качественное преобразование.

В ИМ электрическая энергия преобразуется в механическую, так как обычно в этих приборах применяется угловое перемещение то рассматриваются моменты, действующие на подвижную часть. Они делятся на:

1) статические

2) динамические

Статические моменты – это моменты, действующие в ИМ всегда при наличии измеряемой величины.

Динамические– моменты, действующие в ИМ только во время движения.

Статические моменты

1) Вращающий – момент, возникающий в механизме под действием измеряемой величины и поворачивающий подвижную часть в сторону возрастающих показаний. М должен однозначно определять измеряемой величиной x и углом поворота M = f(x,α) . Из теоретической механики - обобщенное выражение вращающего момента, Wэ – эл/кин. энергия (например катушки).

2) Противодействующий – направлен навстречу вращательному и зависит от α:

M_пр = - f(α)

Если бы повороту подвижной части под действием вращающего момента ничто не препятствовало бы, то при любом значение измеряемой величины, отличном от 0, она повернулась бы до упора, и мы получили бы индикатор, а не прибор. Чтобы α зависел от измеряемой величины создается противодействующий момент.

При некотором угле поворота наступает динамическое равновесие, а именно: M = - M_пр или М + М_пр = 0

По способу создания противодействующего момента приборы делятся на две группы:

1) с механическим противодействующим моментом

2) с электрическим противодействующим моментом.

В приборах первой группы М_пр создается с помощью упругих элементов, всегда пропорционален α: М_пр = - Wα где W – удельный противодействующий момент.

Элементы используемые для создания противодействующего момента:

- спиральные пружины;

- растяжки;

- подвес

С пиральные пружины используются, если подвижная часть установлена на опорах:

1,2 – спиральные пружины (число витков достаточно велико)

Растяжки – металлические нити

1

1'

',2' - растяжки (закручиваясь, создают противодействующий момент)

Подвес – «одна растяжка»

1» – подвес

Эти элементы (спиральные пружины, растяжки, подвес) используются также как токоотводы к подвижной части.

Динамические моменты (направлены навстречу вращению)

1) момент сил инерции - появляется из за инерционности (m)

I – момент инерции

2) момент успокоения – зависит от скорости P – коэффициент успокоения

соединим все уравнения:

М_I + M_P + M_пр + M = 0

и получим дифференциальное уравнение:

– неоднородное дифференциальное уравнение 2-ого порядка

Введем дифференциальный оператор ρ ; запишем в операторной форме:

Найдем передаточную функцию (отношение выхода ко входу)

Заменив оператор ρ = jω , получим:

- как различные механизмы реагируют на изменение измеряемой величины (вращающего момента) см. график

, где

ω – частота временного момента; - частота собственных колебаний подвижной части

- степень успокоения (коэффициент демпфирования)

По принципу создания вращающего момента электромеханические приборы делятся на:

1) магнитоэлектрические: магнит и катушка

Противодействующий момент создается также как и вращающий

2)электромагнитные:

Взаимодействие катушки по которой течет ток и ферромагнитн. сердечника

3) электродинамические

Взаимодействие катушек

4) ферродинамические

Как и электродинамические но имеют сердечник

5) электростатические

Взаимодействие пластин с подвижными частями

6) индукционные (счетчик)