Основні позначки на шкалах приладів електромеханічної системи

Струм постійний і змінний.

Струм трьохфазний змінний.

Прилад використовувати у вертикальному положенні.

Прилад використовувати у горизонтальному положенні.

Клас точності приладу.

Випробувальна напруга.

Магнітна індукція виражена в мілітеслах.

Fe3 Щит сталевий товщиною, наприклад 3 мм.

NFe Щит несталевий будь-якої товщини.

FeNFe Щит будь-якої товщини.

Завдання та порядок виконання роботи

1. Вивчити призначення, принцип дії, характеристики та принципову схему приладу магнітоелектричної системи згідно з технічним описом.

2. Побудувати за принциповою схемою структурну схему приладу.

3. Провести аналіз послідовних перетворень вимірювального сигналу згідно з структурною схемою приладу.

4. Вивчити регламент проведення вимірювань та провести експериментальні вимірювання відповідних електричних величин.

Контрольні запитання

1. Узагальнена структура схеми електромеханічних приладів.

2. Класифікація електромеханічних приладів.

3. Основні позначення на шкалах електромеханічних приладів.

4. Основні метрологічні характеристики електромеханічних приладів: ціна поділки, діапазон вимірювань, похибка вимірювань.

5. Побудова та принцип дії магнітоелектричних приладів.

6. Рівняння руху рухомої частини приладів магнітоелектричної системи.

Література

1. Б.Я.Авдеев, Е.М.Антонюк, Е.М.Думкин и др. “Основы метрологии и электрические измерения”. Ленинград, Энергоатомиздат, 1987 г.

Вивчення автоматичного містка для дистанційного вимірювання температури теоретичні відомості

Автоматичний прилад, в якому вимірювальним пристроєм порівняння є місткова схема, називається автоматичним містком. Автоматичні містки з врівноваженням по одному параметру застосовуються для вимірювання і реєстрації активних опорів і інших вимірювальних величин, функціонально зв’язаних з опором R. У вимірювальній містковій схемі автоматичного містка, одночасно виконуються дві функції: перетворення зміни DRx в напругу розбалансу DUx у вихідній діагоналі містка і обернене перетворення вихідної величини приладу a в зміну врівноважуючої величини DRk і в компенсуючу напругу розбалансу DUk. У рівняння рівноваги врівноваженої місткової схеми не входить напруга живлення містка. Тому в автоматичному містку, на відміну від автоматичних компенсаторів, не потрібне стабілізоване джерело живлення або нормальний елемент. Крім цього, у більшості випадків вимірювальна схема містка живиться змінним струмом від мережі, тому в схемі не потрібен модулятор. Найбільш широко застосовуються автоматичні містки з термометрами опору та опорами, призначеними для вимірювання механічних зусиль і напруг в матеріалі.

До автоматичних врівноважених містків з термометрами опору ставляться такі основні вимоги:

а) висока чутливість;

б) компенсація похибки від впливу температури на опір з’єднувальних проводів, призначених для підключення термометрів опору, які розміщені в об’єкті вимірювання на великій відстані від приладу;

в) нечутливість схеми до зміни перехідного опору контакту реохорди і дії контактних і термо-е.р.с.;

г) лінійність шкали містка, тобто отримання залежності , де l - переміщення реєструючого органу приладу; R_- зміна опору;  - вимірювана температура у випадку містка з термометром опору;

д) можливість зміни меж вимірювання містка шунтуванням реохорди;

е) відсутність похибок від самонагріву термометра опору струмом живлення містка.

Розглянемо, як виконуються ці вимоги.

Для збільшення чутливості, як правило, використовується вимірювальна місткова схема:

. (1)

Місткова схема зрівноважується зміною опору одного або двох плечей (рис.1).

У першому випадку рівняння рівноваги:

, (2)

де Rp - регулюючий опір реохорди; DRp - зміна опору реохорди.

В другому випадку при одночасній зміні опору в двох плечах містка (рис.1, б) рівняння рівноваги:

. (3)

У другому випадку чутливість місткової схеми до змін опору реохорди DRp у два рази вища, так як зміна DRp входить одночасно у ліву і праву частини рівняння з протилежними знаками. Отже, для врівноваження даної зміни DR_ потрібно приблизно в два рази меншу зміну опору реохорди DRp, ніж у першому випадку.

У двохпровідній вимірювальній містковій схемі з термометром опору останній підключається до схеми з двома з’єднувальними проводами (рис.1, в, г). У цьому випадку опори обох з’єднувальних проводів r, виготовлених з міді, входять в одне плече містка. При зміні температури навколишнього середовища опір з’єднувальних проводів змінюється, рівновага містка порушується і у показах прилада виникає похибка.

Зменшення похибки від впливу температури на опір з’єднувальних проводів досягається трьохпровідною схемою включення термометра опору (рис.1,д). У цій схемі опори з’єднувальних проводів входять в два суміжні плечі містка, тобто у праву і ліву частини рівняння рівноваги:

. (4)

При одинаковому опорі плечей містка при середній температурі вимірювального діапазону:

, (5)

коли повзунок знаходиться в середній точці, при зміні r рівновага містка не порушиться і похибка не виникає. При положенні повзунка в інших точках реохорда, похибка від одинакових змін R (проводи прокладаються поряд) буде незначна. Опір третього з’єднувального провода входить в діагональ живлення містка і тому при його зміні рівновага містка не порушується.

Нечутливість вимірювальної місткової схеми до змін перехідного опору контакту реохорда досягається вибором такого варіанту підключення реохорда, при якому перехідний опір DR_k підключається або послідовно з вхідним опором електронного підсилювача, або послідовно з джерелом живлення. Надають перевагу першому варіанту (рис.1,д), в якому при трьохпровідній схемі підключення містка можна отримати лінійну шкалу містка. При підключенні контакта реохорда послідовно з джерелом живлення, один з з’єднувальних проводів потрібно підключити в коло підсилювача, що не бажано із-за впливу змінних магнітних полів. У першому варіанті термо- і контактні е.р.с. при відкритому вході підсилювача можуть викликати появу похибки. Вимірювальна місткова схема, як правило, живиться змінною напругою, підсилювач має закритий вхід (через конденсатор), тому вплив термо- і контактних е.р.с. зменшується в багато разів.

Місткова схема живиться змінною напругою 6,3 В від обмотки трансформатора. Деколи для зменшення впливу змінних магнітних полів частотою 50 Гц місток і двигун живлять напругою з частотою 100 Гц.

Лінійність шкали автоматичного містка, тобто одержання рівняння , забезпечується підключенням термометра опору і реохорда в одне плече містка (рис.1, д).

Рівняння рівноваги при ; :

. (6)

Рівняння рівноваги при :

. (7)

Після перетворення і віднімання (1) і (2) одержимо:

. (8)

Отже, автоматичний місток буде мати лінійну шкалу. Встановимо залежність між переміщенням реєструючого органу 1 і зміною температури для схеми, яка забезпечує рівномірну шкалу приладу (рис.1, д):

. (9)

Відповідна зміна опору реохорда при рівновазі містка:

(10)

Підставляючи значення в (10) для DRр одержимо:

. (11)

Кут повторного перехода _p, який відповідає зміні опору реохорда:

, (12)

де _n - повний кут реохорда.

Вісь реохорда зв’язана з регіструючим органом-передавальним механізмом з постійним передавальним числом і.

Рівняння шкали зрівноваженого автоматичного містка:

(13)

лінійне по відношенню до вимірювальної величини, тобто до температури Dq.

a

б

г

в

д

Рис.1. Вимірювальні місткові схеми: а) з зміною опору в одному плечі; б) з зміною опору двох суміжних плечей; в) двох провідна з низькоомним датчиком; г) двохпровідна з високоомним датчиком; д) трьох провідна.

а

б

Рис.2. Вимірювальні місткові схеми: а) симетрична чотирьохпровідна; б) п’ятипровідна з двосекційним термометром опору і індуктивно зв’язаними плечами.

Зміна межі вимірювання автоматичного містка досягається шунтуванням реохорда.

Розглянемо рівняння рівноваги містка, реохорд якого шунтований опором Rш, показаним пунктиром на мал. 1, д.

При рівняння рівноваги:

(14)

де Re - еквівалентний опір шунтованого реохорда.

При одержання рівняння рівноваги перетворимо в трикутник з опором R_ш, DRр, Rp-DRр в зірку з опором Ra, Rb, Rc (рис.1, д):

(15)

Після перетворення одержимо для DRр таку формулу:

. (16)

Пропорційність між опорами DRр і R_ не порушена. Змінимо тільки коефіцієнт пропорційності, отже шунтуванням реохорда можна змінювати межі вимірювання містка.

Для зменшення похибки від самонагріву термометра опору, самонагрів термометра опору не перевищує 0,2 ... 0,4 °С.

Для стабільності і зменшення контактних е.р.с. реохорд роблять із паладієво-вольфрамового дроту, який намотується на ізольований мідний тороїд. Для зменшення впливу на реохорд зовнішніх змінних магнітних полів, реохорд астазується підключенням одного з кінців обмотки реохорда до внутрішнього мідного тороїда. Реохорд, як правило, роблять без гнучких з’єднувальних проводів, паралельно реохорду прикріпляють нерухому мідну шинку. Рухомий контакт ковзає одночасно по реохорду і шині.

При вимірюванні з високою точністю температури у вузькому діапазоні порядка 1°С застосовувати звичайну вимірювальну місткову схему з односекційним металічним термометром опору недоцільно із-за зростаючого в цьому випадку відносного впливу температури навколишнього середовища на зміну опора інших плечей містка і на опір з’єднувальних проводів. У таких випадках можна застосовувати високочутливі і високоомні напівпровідникові термометри опору у звичайній містковій схемі або двосекційний термометр опору у схемі містка з індуктивно зв’язаними плечами (рис.2,б).

Двосекційний термометр опору складається з двох металічних опорів R_ і R. Опір R_ має великий температурний коефіцієнт опору (ТКО), а R - малий. Для повного усунення похибки від впливу температури навколишнього середовища на опір R з малим ТКО, останній термостабілізується, тобто розміщується в точці вимірювання температури поряд з опором з великим ТКО. Для усунення впливу з’єднувальних опорів r два з них підключаються в коло джерела живлення, а два - послідовно з індуктивно зв’язаними плечами, які мають високий опір.

Відношення опорів індуктивно-зв’язаних плечей, виконаних у вигляді обмоток на тороїдному осерді з високою магнітною проникністю при щільній намотці витків, рівне відношенню числа витків W1 i W2. Нестабільність цього відношення не перевищує 0,00001%. Така мала нестабільність в мостиках з активним опором недосяжна.

Симетрична чотирьохпровідна вимірювальна схема для автоматичних мостиків зображена на рис.2,а. Характерною особливістю симетричного містка є те, що симетрія плечей цього містка підтримується автоматично при будь-якому значенні опору R_ у робочому діапазоні. При симетрії плечей містка і симетричному розміщенні чотирьох з’єднувальних проводів, одинакові зміни їх опору не викликають похибки. У трьох провідній вимірювальній схемі похибка від зміни опору з’єднувальних проводів не виникає тільки при одному значенні R_ ( в одній точці), а в симетричній чотирьохпровідній при будь-якому значенні R_ - у робочому діапазоні. Завдяки цьому з’являється можливість збільшити опір з’єднувальних проводів, тобто одержати економію міді, або набагато збільшити максимальну допустиму відстань між об’єктом вимірювання і приладом.

Для збільшення чутливості автоматичного містка, який працює в умовах високого рівня змінних впливів, застосовують живлення містка змінною напругою, а як підсилювач некомпенсацій, застосовують фотогальванічний підсилювач і релейну схему для реверсивного управління двигуном.