Контрольні запитання

1. Вимірювальні перетворювачі та їх основні характеристики.

2. Класифікація вимірювальних перетворювачів.

3. Передавальна та перехідна функції вимірювальних перетворювачів.

4. Основні термоелектричні явища.

5. Застосування термоелектричних перетворювачів.

Література

1. Полищук Е.С. Измерительные преобразователи. -К.: Вища школа. Головное изд-во, 1981.

2. Боднер В.А., Алфёров А.В. Измерительніе приборі: Учебник для вузов: В 2 Т.- М.: Изд-во стандартов, 1986.

Вивчення побудови та принципу дії приладів магнітоелектричної системи теоретичні відомості

Рис.1 Узагальнена структурна схема електромеханічних приладів.

Прилади магнітоелектричної системи відносяться до електромеханічних засобів вимірювання. Всі електромеханічні прилади складаються із вимірювального кола, вимірювального механізму і пристрою відображення.

Вимірювальне коло є перетворювачем вимірювальної величини в деяку проміжну величину Y₁, причому Y₁=f(x). Електрична величина Y₁, яка являє собою струм або напругу, безпосередньо діє на вимірювальний механізм. Вимірювальний механізм є перетворювачем підведеної до нього електричної енергії в механічну, необхідну для переміщення його рухомої частини відносно нерухомої.

Пристрій відображення є перетворювачем механічної енергії в необхідну для нас цифрову інформацію.

В залежності від фізичних явищ, покладених в основу створення обертаючого моменту, або іншими словами, від способу перетворення електромагнітної енергії, підведеної до приладу, в механічну енергію переміщення рухомої частини, електромеханічні прилади поділяються на наступні основні системи: магнітоелектричну, електромагнітну, електродинамічну, феродинамічну, електростатичну, індукційну та інші.

Робота приладів магнітоелектричної системи заснована на взаємодії магнітного потоку постійного магніта і струму, який проходить по котушці. Струм, який при цьому виникає, відхиляє рухому частину механізму відносно нерухомої. Розрізняють механізми з рухомою рамкою і з рухомим магнітом.

Магнітне коло вимірювального механізму з зовнішнім магнітом складається з сильного постійного магніту 1, полюсних наконечників з циліндричною розточкою 3, циліндричної серцевини 4 і магнітопроводу 5, виконаних з магнітолегкого матеріалу (рис.1), В повітряному зазорі між серцевиною і полюсними наконечниками утворюється сильне, практично рівномірне радіальне магнітне поле.

Рухома частина механізму 2 являє собою котушку прямокутної форми з тонкого мідного або алюмінієвого проводу, намотаного на алюмінієвий каркас, який може обертатися навколо серцевини в магнітному полі. До рамки з двох боків приклеюються алюмінієві букси для закріплення розтяжок або кернів. Зрівноваження рухомої частини здійснюється грузиком 6. Стрілка 7 зі шкалою утворюють відліковий пристрій.

Рис.2. Побудова приладів магнітоелектричної системи.

Вимірювальний струм 1 підводиться до обмотки рамки через розтяжки 8 або дві спіральні пружини, які утворюють протидіючий момент руху рамки.

Для регулювання номінального кута відхилення в механізмі використовується магнітний шунт 9. Це пластинка із магнітомідного матеріалу, через яку проходить частинка магнітного потенціалу. Переміщуючи її, можна регулювати розгалуджуючий магнітний потік і тим самим змінювати магнітну індукцію в повітряній шпарині.

В приладах для вимірювання струму, побудованих на магнітоелектричному механізмі, струм, який вимірюється, протікає по обмотці рамки (рис.3).

По такій структурній схемі виконуються прилади для вимірювання малих струмів мікроамперметром і міліамперметром з верхнею межею 30-50mA (рис.3,а).

В приладах на великі струми використовуються шунти. Амперметри з шунтами являють собою мілівольтметри, які вимірюють падіння напруги на шунті (рис.3,б).

Для побудови вольтметра на базі магнітоелектричного механізму вимірювана напруга повинна бути перетворена в пропорційний їй струм. Для цього послідовно з вимірювальним механізмом вмикають резистор Rg (рис.3,в).

Значення опору для вимірювання напруги U визначають за формулою:

, (1)

де - струм повного відхилення, - опір механізму.

Магнітоелектричні амперметри і вольтметри є найбільш точними з приладів електромеханічної системи, мають високу чутливість, мале власне споживання потужності, рівномірну шкалу, на них слабо діють зовнішні магнітні поля.

Знайдемо рівняння руху рухомої системи магнітоелектричного механізму.

Рухома частина електромеханічних приладів являє собою механічну систему з однією ступінню свободи відносно осі обертання. В цьому випадку сумарний обертовий момент, що діє на рамку із струмом у постійному магнітному полі можна записати так:

(2)

При переміщенні рухомої частини вимірювального механізму, під дією обертового моменту М на кут , енергія електромагнітного поля перетворюється у механічну роботу .

Момент М компенсується моментом заспокоюючої системи , де Р - коефіцієнт заспокоєння, та протидіючим моментом пружності розтяжок або пружин . Тоді рівняння руху рухомої частини вимірювального механізму електромагнітного приладу буде мати вигляд:

. (3)

Для приладів магнітоелектричної системи, за законом Ампера магнітної взаємодії струмів, величина , де І - струм через рамку, В - індукція магнітного поля, S - ефективна площа рамки, N - кількість витків із струмом.

Отже, рівняння руху рухомої частини магнітоелектричного механізму буде мати вигляд:

. (4)

Виходячи з останнього виразу, залежність між кутом повороту рухомої частини магнітоелектричного механізму та струмом, який вимірюється, лінійна. Отже, і шкала таких приладів залишається лінійною у всьому діапазоні вимірювань, а ціна поділки - стала.