— керн; 4 — винт под­

пятника

Рис. 11.1. Ось электроизмери­тельного прибора:

1 — керн; 2 — ось

В электромагнитном демпфере демпфирующий мо­мент создается в результате взаимодействия магнит­ного поля постоянного магнита с магнитным полем вихревых токов, индуцируемых в пластине при дви­жении подвижной системы.

В приборах магнитоэлектрической системы демпфе­ром служит металлический каркас подвижной рамки, в котором индуцируются вихревые токи при колебаниях рамки в поле постоянного магнита.

Если пластина или рамка неподвижна, то вихревые токи не индуцируются и демпфирующий момент от­сутствует.

Подвижная система измерительного прибора крепится на оси, выполняемой в виде тонкой медной или алюминиевой трубки, в которую завальцовываются стальные керны (рис. 11.1). Концы кернов опираются на подпятники из твердого камня, обычно агата (рис. 11.2). Винт подпятника затягивают так, чтобы обеспечивалась свобода для колебаний размеров оси при изменении температуры.

Подвижная система должна быть точно сбаланси­рована относительно оси, для чего служат специаль­ные балансировочные грузики — гайки.

Пружины для создания противодействующего мо­мента обычно изготовляются в виде спиралей из не­магнитного материала, обладающего достаточной уп­ругостью (чаще всего из фосфористой бронзы). Эти же пружины служат для подвода тока к рамке.

Д ля устранения влияния на показания прибора внешних магнитных полей применяют магнитные экра­ны из мягкого железа. Механизм прибора помещают в корпус для защиты от влаги, пыли и механических повреждений.

Приборы магнитоэлектрической системы

Принцип действия приборов магнитоэлектрической системы основан на использовании взаимодействия поля постоянного магнита и катушки (рамки), по ко­торой протекает ток.

Устройство прибора схематически изображено на рис. 11.3. Между полюсами постоянного магнита NS с помощью полюсных наконечников 3 и цилиндриче­ского сердечника 2 создается воздушный зазор такой формы, что силовые линии магнитного поля при любом положении рамки 1 перпендикулярны ее проводникам.

Сила, действующая на одну сторону рамки в маг­нитном поле, определяется законом Ампера: F = IlBw, где I — ток в проводниках рамки; l — длина той части стороны рамки, которая находится в магнитном поле (активная длина); В — магнитная индукция в

воздуш­ном зазоре; w — число витков рамки.

Рис 11.3 Устройство прибора

магнитоэлектрической системы

На другую сторону рамки действует такая же сила, но противоположно направлен­ная.

Момент сил определяется как произведение силы на плечо. Следовательно, М_вр = IlBpw=BSwI, где р — ширина рамки; S = lp — пло­щадь рамки.

Значения В, S, w для каждого прибора постоянны, поэтому последнюю формулу можно записать в виде М_вр =k₁I, где k₁ — постоянный коэффициент.

Ток к рамке подводится через две спиральные пру­жины, которые одновременно служат для создания противодействующего момента. Момент, создаваемый пружиной, пропорционален углу закручивания, по­этому М_пр= k₂α, где k₂— постоянный коэффициент; α — угол поворота рамки (равный углу закручивания пружины).

Учитывая, что в момент отсчета, когда стрелка неподвижна, М_вр= М_пр, получаем

k₁I = k₂α. Из этого равенства находим .

Таким образом, угол поворота рамки и стрелки- указателя пропорционален току, т. е. прибор может быть отградуирован как амперметр.

На основании закона Ома имеем l=U/R_П, где U — напряжение на зажимах прибора; R_П — электри­ческое сопротивление рамки прибора.

После подстановки получаем

Поскольку отношение k/R_П, для данного прибора — величина постоянная, последнее выражение показы­вает, что прибор может быть отградуирован как вольтметр.

Демпфирующий момент в магнитоэлектрических приборах создается за счет вихревых токов, возни­кающих в алюминиевом каркасе рамки при перемеще­ниях подвижной системы.

Магнитоэлектрические амперметры и вольтметры являются основными измерительными приборами в цепях постоянного тока.

Приборы магнитоэлектрической системы обладают высокими точностью и чувствительностью, малым собственным потреблением энергии. Они имеют равно­мерную шкалу (угол отклонения стрелки пропорцио­нален току), их показания почти не зависят от влия­ния внешних магнитных полей. Основной недостаток этих приборов — невозможность измерений в цепях переменного тока.

Для измерений в цепях переменного тока магнито­электрические приборы включают через выпрямители. Высокочувствительный магнитоэлектрический прибор, соединенный с выпрямительной схемой, называют при­бором выпрямительной системы. Выпрямительные эле­менты (диоды) монтируют в корпусе прибора и обес­печивают одно- или двухполупериодное выпрямление переменного тока.

Приборы выпрямительной системы находят широ­кое применение. Обычно их изготовляют комбиниро­ванными, т. е. предназначенными для измерения тока, напряжения, сопротивления в цепях постоянного и переменного тока с различными пределами измерения.

Выпрямительные схемы вносят дополнительные по­грешности в измерения, поэтому класс точности прибо­ров выпрямительной системы относительно невысок и обычно составляет 1,5—2,5

Приборы электромагнитной системы

В

Рис. 11.4. Устройство прибо­ра электромагнитной системы

Устройство прибора схематически изображено на рис. 11.4. Сердечник 3 из магнитомягкого (для умень­шения потерь на гистерезис) материала втягивается в катушку 1 при прохождении тока по ее обмотке. Противодействующий момент создается пружиной 2. Демпфирование осуществляется воздушным демпфе­ром 4, представляющим собой гильзу, в которой может перемещаться легкий поршень, связанный со стрелкой.

Вращающий момент пропорционален квадрату тока, так как магнитные поля катушки и сердечника создаются одним и тем же измеряемым током, про­ходящим по катушке:

M_BP = k_lI²; M_np = k₂α;

k₁ I² = k₂α; .

Последнее выражение показывает, что угол откло­нения стрелки пропорционален квадрату тока или напряжения. Шкала прибора квадратичная, сжатая вначале.

Приборы электромагнитнитной системы широко при­меняют для измерений в це­пях постоянного и перемен­ного токов. Они просты и надежны, обладают высокой перегрузочной способностью и механической прочностью.

Однако этим приборам при­сущ ряд недостатков, основ­ными из которых являются низкая чувствительность, не­высокая точность, значитель­ное собственное потребление энергии, неравномерность шкалы, влияние внешних магнитных полей на показа­ния приборов.

Приборы электродинамической системы

Приборы электродинамической системы основаны на принципе механического взаимодействия проводни­ков, по которым проходит ток.

Устройство прибора поясняется рис. 11.5. Катушка 2 неподвижна, катушка 3 помещается на оси и может поворачиваться вместе с закрепленной на ней стрел­кой. Ток к подвижной катушке подводится с помощью пружин 1, которые одновременно служат для создания противодействующего момента. Успокоение подвижной системы осуществляется воздушным демпфером 4.

Амперметры и вольтметры электродинамической системы имеют квадратичную шкалу.

Ш

Рис. П.5. Устройство прибо­ра электродинамической си­стемы

Основное достоинство приборов электродинамиче­ской системы — большая точность измерений в цепях постоянного и переменного тока. К недостаткам этих приборов следует отнести значительное собственное потребление энергии и подверженность воздействию внешних магнитных полей.

Разновидностью приборов электродинамической системы являются ферродинамические приборы, у ко­торых для повышения вращающего момента магнит­ный поток неподвижной катушки создается в спе­циальном магнитопроводе.

Конструкция ферродинамического прибора анало­гична конструкции прибора магнитоэлектрической системы, у которого постоянный магнит заменен электромагнитом. Для уменьшения потерь на вихревые токи магнитопровод ферродинамического прибора изготов­ляют из тонких листов электротехнической стали или прессуют из ферромагнитного порошка с электроизо­ляционным наполнителем.

Ферромагнитный сердечник вносит дополнительные погрешности в измерения, однако применение высоко­качественных материалов и совершенной технологии изготовления позволяет получить ферродинамические ваттметры класса точности 0,2.

Существенным недостатком приборов ферродинамической системы является зависимость их параметров от частоты измеряемого тока.

Цифровые приборы

В последние годы все большее распространение находят цифровые электроизмерительные приборы. Эти приборы измеряют значения непрерывно изменяющейся величины в отдельные (дискретные) моменты времени и представляют полученный результат в циф­ровой форме.

Представление непрерывно изменяющейся физиче­ской величины в виде последовательности ее дискрет­ных значений, отличающихся друг от друга на неболь­шую долю, называется квантованием измеряе­мой величины по уровню и по времени. Обычно интервал времени между соседними измере­ниями выбирают таким, чтобы отклонение изменяю­щейся величины от фиксированного измеренного зна­чения не превышало заданной погрешности измерения.

Основное достоинство цифровых приборов заклю­чается в том, что результат измерения может подвер­гаться дальнейшим физическим и математическим преобразованиям без увеличения погрешности, так как цифровое значение величины может быть с любой сте­пенью точности представлено последовательностью сигналов (например, импульсов), каждый из которых может иметь существенные искажения.

Основными элементами цифровых электроизмери­тельных приборов являются триггеры, логические схе­мы, бесконтактные ключи и цифровые указатели.

Триггеры представляют собой электронные схемы с двумя устойчивыми состояниями, одно из которых со­ответствует цифре 0, другое — цифре 1. Из этих двух цифр в двоичной системе счисления можно построить любое число. Логические схемы позволяют перевести эти числа в десятичную систему и отобразить на циф­ровых индикаторах в привычной форме.

В качестве цифровых индикаторов широкое приме­нение находят электронные лампы с фигурными элект­родами, имеющими форму цифр от 0 до 9.

В настоящее время промышленностью выпускаются главным образом цифровые вольтметры. Разработаны и находят применение также цифровые амперметры, омметры, частотомеры, фазометры и другие приборы.

Применение цифровых приборов с дискретным от­счетом позволило создать многоканальные автоматиче­ские устройства для централизованного контроля мно­гих параметров, характеризующих сложные техноло­гические процессы. Измерение параметров производит­ся поочередно с заданной дискретностью по времени.

Цифровые электроизмерительные приборы имеют высокую точность (погрешность от 0,1 до 1%), боль­шое быстродействие, широкие пределы измерений, легко комплектуются с цифровыми вычислительными машинами, позволяют передавать результаты без искажения на неограниченные расстояния.

К недостаткам этих приборов следует отнести их сравнительную сложность и высокую стоимость.

Логометр — магнитоэлектрический электроизмерительный прибор для измерения отношения сил двух электрических токов. Подвижная часть выполнена в виде двух рамок, расположенных перпендикулярно. Когда по рамке логометра протекает ток, то при взаимодействии с магнитным полем постоянного магнита эллиптической формы (неподвижной частью логометра), создаётся вращающий момент, который передвигает стрелку прибора. Когда токи в обеих рамках равны, их вращающие моменты равны, стрелка прибора занимает нулевое положение. Если токи различны, подвижная часть прибора перемещается таким образом, что рамка с большим током оказывается в положении с большим зазором постоянного магнита (из-за его эллиптичности). В результате вращающий момент, создаваемый рамкой, уменьшается и становится равным вращающему моменту рамки с меньшим током. Логометр обычно применяется в приборах для измерения сопротивления, индуктивности, ёмкости, температуры.

Де́мпфер (нем. Dämpfer — глушитель, амортизатор от dämpfen — заглушать) — устройство для гашения (демпфирования) или предотвращения колебаний, возникающих в машинах, приборах, системах или сооружениях при их работе.

Де́мпфер в общем смысле — кто-либо или что-либо, действующее успокаивающе, смягчающе, угнетающе.

Применение

Гидравлические и пневматические демпферы применяются в гидравлических системах, автоматических регуляторах и измерительных приборах. Гидравлические демпферы подразделяют на демпферы пульсаций, стабилизаторы потоков, гасители пульсаций и глушители гидроударов. Также, в различной степени в качестве гидравлических демпферов используют стандартные поршневые, баллонные и мембранные гидроаккумуляторы.

• В электрических машинах демпфер (демпферная обмотка) — катушки индуктивности, предотвращающие резкое увеличение коммутационных токов или напряжений в электрических цепях; например, в случае короткого замыкания или наводки.

• В струнных музыкальных инструментах демпфер — приспособление для прекращения колебаний струн, состоящее из отдельных колодочек (у фортепиано) или планок (у арфы), оклеенных мягким войлоком (фильцем).

• В подвесках автомобилей и других транспортных средств используются демпфирующие устройства — амортизаторы.

• В акустических системах (т.н. «колонках») демпфер — ободок, крепящий мембрану звукового элемента к раме. Обычно производится из полимерных материалов (для ВЧ-элементов), резины или поролона (для СЧ- и НЧ-элементов). Используется для гашения остаточных колебаний мембраны.

• В авионике демпфер аэроупругих колебаний летательного аппарата — самостоятельная бортовая электронная система или подсистема в составе системы автоматического управления полётом (САУ), предназначенная для автоматического гашения короткопериодических колебаний самолёта, неизбежно возникающих при изменениях полётных режимов и, что особенно важно, для предотвращения раскачки самолёта лётчиком, что может привести к значительным перегрузкам и разрушению конструкции. В техническом плане состоит из группы гироскопических датчиков, контролирующих угловые перемещения самолёта в пространстве, электронной схемы обработки и усиления сигналов демпфирования и исполнительных агрегатов, включённых последовательно в механическую проводку управления, либо эти сигналы подмешиваются к другим сигналам управления САУ. Проблема раскачки остро проявилась на испытаниях сверхзвукового бомбардировщика Ту-22.

• В риск-менеджменте демпфер — пороговое значение безопасного риска для предприятия. Механизм демпфирования рисков предполагает анализ возможных угроз или факторов, порождающих эти угрозы, определение пороговых значений безопасности, выделение диапазона сознательных рисков, который готов принять на себя хозяйствующий субъект.

Демпфер диска сцепления