Электромагнитные преобразователи измерительных механизмов электромеханических приборов

В аналоговых электроизмерительных приборах прямого преобра­зования широко используются электромеханические измерительные преобразователи, входной величиной которых является ток, а выход­ной – перемещение указателя отсчетного устройства. Эти преобразо­ватели получили название измерительных механизмов (ИМ).

Устройство электромеханического прибора и назначение отдельных конструктивных элементов рассмотрим на примере амперметра с элек­тромагнитным ИМ, схематически показанным на рис. 2-36, а. Основным элементом неподвижной части электромагнитного ИМ, участвующим в создании вращающего момента, является катушка 1, а основным элементом подвижной части – сердечник 2 из ферромагнитного материала, закрепленный на оси 3.

На рис. 2-36 показаны принципиальные устройства ИМ и других типов – электродинамического (ЭД), ферродинамического (ФД) и магнитоэлектрического (МЭ)[1].

ВЭД, ФД и МЭ измерительных механизмах элементом подвижной части, участвующим в создании вращающего моментаМ_вр, является рамка 2 (рис. 2-36, б, в, г), намотанная тонким проводом. На осях 3 укреплены подвижные части ЭМ, ЭД и ФД механизмов. Ось 3 снаб­жена на концах кернами и может поворачиваться в подпятниках 4. Подвижная часть МЭ измерительного механизма (рис. 2-36, г) укреплена на двух растяжках 8 (на рис. 2-36, г показана оборванная растяжка). С подвижной частью жестко связана стрелка 5, которая при повороте подвижной части пе­ремещается над неподвижно укрепленной шкалой 6. На шкале уста­новлены упоры 7, чтобы уберечь стрелку и подвижную часть от по­вреждений.

Рис. 2-36

При включении электромагнит­ного ИМ в электрическую цепь магнитное поле, создаваемое протекающим по катушке током I (входная величина), втягивает сердечник внутрь катушки, в результате чего возникает вращающий момент М_вр. Если ток имеет значение больше, то тогда вращающий момент возрастает (ток I₂, момент М_вр2), подвижная часть поворачивается и закручивает пружину 9 (рис. 2-36, б, а). Внутренний конец пружины закреплен на оси, а наружный – на неподвижной части ИМ. Момент спиральной пружины возрастает прямо пропорционально углу  поворота подвижной части, т.e.

W_пр=W,

где W – удельный противодействующий момент. Поэтому при токе I₁ подвижная часть отклонится на угол ₁ (рис. 2-36), при котором М_вр1 =М_пр, а при токе I₂ – на угол ₂>₁.

В магнитоэлектрических ИМ противодействующий момент создается двумя растяжками 3, которые выполняют одновременно две функции, заменяя пружину и ось.

Подвижная часть любого ИМ представляет собой колебательную систему, вследствие чего после включения ИМ, а также при изменениях входной величины подвижная часть будет совершать затухающие колебания около положения равновесия. Чтобы увели­чить затухание и уменьшить время установления показаний, в ИМ при­меняются специальные устройства – успокоители. В электромагнит­ном ИМ, приведенном на рис. 2-36, а, в качестве успокоителя применено крыло 12, которое при повороте подвижной части расходует энергию, перегоняя воздух в камере 13 из одной части в другую. Такой же воздушный успокоитель использован в электродинамиче­ском ИМ. В ферродинамическом механизме применен магнитоиндукционный успокоитель, представляющий собой тонкое крыло 12 из алюминия, перемещающееся в зазоре постоянного магнита 13, показанного дополнительным видом (рис. 2-36, в). В крыле индуктируются токи, которые, взаимодействуя с полем постоянного магнита, тормозят движение крыла.

В магнитоэлектрическом ИМ успокоителем служит каркас рамки и, кроме того, сама обмотка, если она включена в измерительную цепь с конечным сопротивлением, поэтому специального успокоителя не требуется.

К вспомогательным деталям ИМ относятся токоподводы к рамке, противовесы, пружинящие стрелочные упоры, корректор. Токоподводами обычно служат пружины или растяжки, поэтому хотя бы одна из них должна быть изолирована от корпуса. Противовесы 8 в виде стержней с гайками предназначены для уравновешивания подвижной части, т.е. для перемещения ее центра тяжести на ось вращения, так как в противном случае возникает дополнительный момент, вызывающий погрешность механизма. Пружинящие упоры служат для ограничения перемещений подвижной части при ее отклонении за пределы шкалы. Корректор, предназначенный для установки подвижной части в нулевое положение, состоит из поводка 10, к которому прикреплен внешний конец пружины 9, и винта 11 с эксцентрично расположенным пальцем, который входит в прорезь поводка. Как видно из рассмотрения конструкций ИМ содержит следующие основные узлы: устройство, создающее вращающий момент, зависящий от электрической величины; устройство, создающее противодействующий момент, зависящий от угла отклонения; отсчетное устройство, успокоитель и ряд вспомогательных деталей.